真正的核聚变能源突破仍需数十年时间

美国核科学家已经实现了长期追求的聚变点火的目标—但还不要指望这种清洁技术能在很短的时间内为电网供电。

前不久，在北加州实验室，一群科学家短暂地重现了为核聚变提供动力的实验。他们在深夜的实验中向设备内发射了192道激光，设备内有一个花椒大小的颗粒，里面充满了氢原子。其中一些通常会相互排斥的原子被挤压在一起并聚合，这一过程会产生能量。按照地球上的核聚变反应的标准，这是很巨大的能量。多年来，科学家们一直在做这种类型的实验，结果发现它无法满足用于持续聚变的能量。这一次，他们终于离成功更近一步了。

这一被称为点火的壮举，对于研究核聚变的人来说是一个巨大的胜利。科学家们只需仰望星空，就知道这样的动力源是可能的--将两个氢原子结合起来产生一个氦原子需要损失质量，因此，根据E = mc²，需要释放能量。但自20世纪70年代以来，核聚变技术进展缓慢，当时科学家们首次确定了点火的目标，有时也被称为 "收支平衡"。去年，劳伦斯-利弗莫尔实验室的研究人员接近了这个目标，产生了他们发射到实验中的激光能量的大约70%。他们继续进行实验。然后，在12月5日，就在凌晨1点之后，他们终于打出了完美的一击。输入2兆焦耳的能量；产生3兆焦耳的能量输出。获得了50%的能量。

对于像斯坦福大学的物理学家马克-卡佩利这样没有参与研究的核聚变科学家来说，这是一个令人激动的结果。但他警告说，那些寄希望于核聚变在不久的将来成为一种丰富的、无碳的、无废物的能源的人可能要等待。他说，区别在于科学家如何定义收支平衡。今天，NIF的研究人员说他们得到的能量与他们在实验中发射的激光一样多--这是一项期待已久的巨大成就。但问题是，这些激光器中的能量只占点燃激光器所涉及的总功率的一小部分。从这个角度来看，NIF获得的能量远远低于它所投入的能量。"卡佩利说："这种类型的收支平衡是非常、非常、非常、非常遥远的事情。"那是几十年后的事情。也许甚至是半个世纪以后。"

问题在于低效的激光器。使用NIF的方法产生核聚变能量，需要将几十束激光射入一个被称为 "呼伦 "的金圆柱体，将其加热到超过300万摄氏度。激光并不直接针对燃料。相反，它们的目的是产生 "X射线热"，密歇根大学的核聚变研究人员Carolyn Kuranz说。这些射线轰击由氢同位素氘和氚组成的微小燃料颗粒，并将其粉碎。
这必须以完美的对称精度完成--"稳定内爆"。否则，颗粒会起皱并且燃料无法充分加热。为了实现目标，NIF的研究人员使用改进的计算机模型来加强容纳燃料的容器设计，并校准激光束以产生恰到好处的X射线散布。

目前，这些激光器每个脉冲发出大约2兆焦耳的能量。对于核聚变科学家来说，这是一个巨大的、令人兴奋的能量。它只相当于运行吹风机约15分钟所使用的能量--但在百万分之一秒内一次性发射。在NIF生产这些光束需要一个几乎相当于一个足球场大小的空间，其中充满了激发激光棒和传播光束的闪烁灯。仅此一项就需要300兆焦耳的能量，其中大部分都会损失。再加上一层层的冷却系统和计算机，你很快就会得到一个比核聚变产生的能量大几个数量级的能量输入。因此，卡佩利认为，实用核聚变的第一步是使用更高效的激光器。