美国核聚变“里程碑”，为啥却说“只够洗个热水澡”？_风闻

来源：中国科学报

编译｜陈欢欢

“我们经过反复验证，这样的结果并不是昙花一现。”2月5日，科学家在《物理评论快报》《自然-物理学》等发表一系列论文，证实美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的聚变反应堆产出了近两倍于输入的能量。

2022年12月，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室宣布，其聚变反应堆首次释放出比投入更多的能量，成为聚变反应的里程碑事件。相关数据在上述论文中得到证实：当时发射了一个2.05兆焦耳的激光脉冲，产生3.15兆焦耳的能量，这相当于3根炸药的能量。在之后的实验中，能量输出输入比再次提高，在2023年9月4日达到1.9倍。

不过，业内专家对该技术的商业化前景似乎并不乐观。有媒体称，这么小的能量输出远达不到商业运行的要求，只够“洗个热水澡”。

目前人类使用的核电站都依赖于裂变反应，即分裂铀等重原子核以释放能量和更小的粒子。聚变则相反，它将氘和氚等较轻的原子核聚在一起形成更重的氦原子核，同时释放能量。几十年来，科学家一直在努力达到产生这种反应所需的1亿摄氏度或更高温度。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火设施（NIF）聚变装置很小，采用激光惯性约束的方法，使用强激光束压缩和加热胡椒粒大小的氘和氚燃料胶囊，直到后者核心的压力和温度能够引爆聚变反应。该实验开始于2011年。

不过，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的Richard Town指出，NIF从未被当成原型反应堆建设，也没有被优化以提高产能。

2022年达到盈亏平衡点的消息似乎为核聚变电站的发展带来了希望。不过，是否真的实现盈亏平衡还存在争议。

对此，业内专家并不乐观。英国伯明翰大学的Martin Freer表示，随着科学实验的进展，实现聚变是有可能的，但从科学角度来看，面临的挑战相当严峻。英国曼彻斯特大学的Aneeqa Khan反对将此次科学进展解读为人类摆脱化石能源依赖的可能方案。她强调，核聚变实现商业化可能还需要几十年，且前提是加强全球合作和人才培养。

从实验室发展到商业规模，首先要解决的问题是扩大规模。该实验使用的激光器来源于美国罗切斯特大学激光能量学实验室的OMEGA激光系统。Town表示，如果升级激光器，有可能得到10倍产出比。

为了保证实验中的对称性，NIF用橡皮擦大小的黄金圆柱包围燃料胶囊，再用192束激光束从各个方向进行加热，达到一定温度后，圆柱体会发射X射线轰击燃料胶囊。由于X射线的平滑效果，胶囊外壳会均匀蒸发，然后像火箭发动机一样向外爆发，并对称地向内挤压燃料。

不过，对于一个千兆瓦的发电厂来说，这项技术过于昂贵，每天将消耗近100万个黄金圆柱和燃料胶囊。更简单的方法是去掉圆柱，将激光束直接照射到燃料胶囊上从而使其蒸发。这就要求罗切斯特大学提供质量更高的激光束——能量均匀地分布在波前端，以完美对称的方式汇聚。

2月5日，罗切斯特大学激光能量学实验室在《自然-物理学》的论文中报告，他们调整了胶囊的设计，在聚合物外壳中添加硅以提高能量吸收，实验数据最好的一次是利用2.15兆焦耳的脉冲产生1.6兆焦耳的能量。虽然没实现能量增益，但确实会使等离子体燃烧。据报道，几家初创公司已计划将该技术商业化。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.065102

https://doi.org/10.1038/s41567-023-02361-4