聚变如何运作及其为何是一项突破——《华尔街日报》

美国能源部宣布实验室首次实现核聚变能量增益——这是核聚变反应产生的能量首次超过引发反应所投入的能量。上周，劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置的192束激光将氢燃料胶囊加热压缩至前所未有的高温高压，触发的聚变反应产出能量比输入激光能量高出50%。

核反应能释放原子核中质子和中子结合的能量。核电站利用的是核裂变而非核聚变。当大质量铀原子核分裂成两个放射性碎片时，裂变过程会释放能量，这些碎片在飞离时携带能量。

相比之下，核聚变依赖于宇宙中最小的氢原子。当两个氢原子核结合生成氦原子核和中子时就会释放能量。与裂变不同，聚变不会产生放射性碎片。但引发聚变远比裂变困难，因为氢原子核必须被加热到近1亿摄氏度以克服阻碍反应的电荷斥力。恒星依靠聚变能量运行，而在地球上此前仅能在热核爆炸中实现。这项实验室聚变的突破性成果为基础科学与应用科学开辟了前所未有的研究前景。

自20世纪60年代以来，激光核聚变概念虽经多年探索却始终未获成功，后在90年代成为确保核武库可靠性（无需地下核试验）计划的核心部分。尽管科学家早知高能激光可探测核武器引爆初期的物质特性，但实现激光聚变将有助于研究后续阶段反应，更能全面验证人类理解和预测高温高密度物质动力学的能力。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的点火装置建设始于1997年，2009年竣工后立即启动了点火实验。这台全球最强激光器的设计与建造是工程学上的壮举，但连续三年未能实现聚变点火使该项目在2012年濒临取消。通过引入外部同行评审等更审慎的举措，研究得以延续。

2012至2022这十年间，能源部国家实验室展现了非凡的协调能力——汇聚来自政府、高校和私营部门的跨学科科技精英团队长期攻坚克难。激光技术、核物理与等离子体物理、精密靶材制造、仪器仪表及高精度计算机建模等领域的研究人员共同设计并实施了一系列逐步逼近点火条件的实验，最终在上周取得突破性成果。

近期国际局势表明，只有确信核武器保持可靠，美国的核威慑才有效力。激光点火技术向世界展示了美国对武器科学的深刻理解，这对维持未来数十年的战略信心至关重要。

美国并非唯一认识到激光聚变价值的国家，法国和中国正在建设类似设施。但最新成果证明，国家点火装置多年积累已形成强大的知识创新生态体系。凭借前瞻视野、坚定毅力和科研体系，美国已领先其他国家十年。持续投入将确保这一优势长存。

如今，提到核聚变就必然联想到能源问题。点火里程碑证明了聚变增益的实现，这是实际能源生产的必要条件。但这仅仅是第一步。要使核聚变成为实用化的零排放电力来源，还需要数十年的工程技术发展。即便如此，其成本也必须与其他替代能源具有竞争力。正如最初决定追求点火目标一样，这绝非板上钉钉之事，但绝对值得深入探索。

库宁先生是纽约大学教授、胡佛研究所高级研究员，著有《未定之天：气候科学告诉我们什么，未告诉我们什么，以及为何重要》。鲍威尔先生是加州大学戴维斯分校教授。二人均为劳伦斯利弗莫尔国家实验室理事。

2022年12月13日，加州利弗莫尔国家点火装置的激光系统。图片来源：劳伦斯利弗莫尔国家实验室/Zuma Press刊载于2022年12月15日印刷版，标题为《核聚变原理及其突破意义》。