核聚变重大突破后，无限能源的探索将如何加速？

一位技术人员正在调节光学部件。

美国能源部上周二发表声明称，一所联邦科研机构的科学家已在核聚变研究领域获得突破。长期以来，核聚变都被视作清洁的、几乎无限的能源的一种潜在来源。

美国能源部于其华盛顿总部举办的媒体发布会上，能源部部长詹妮弗·格兰霍姆（Jennifer Granholm）与多位政府官员报告称，加州利弗莫尔（Livermore）的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的一项可控核聚变反应实验中，释放的能量超出了消耗的能量。

能源部表示，这一里程碑被称为核聚变点火，是一次空前的重大成果。“这仅仅是开始。”格兰霍姆部长说道。她同时表示，此关键突破“将载入史册”。

该实验室的国家点火设施投入高达数十亿美元。十多年来，其研究人员专注核聚变实验，利用激光创造结合氢原子的条件，从而释放大量能量。自该实验室于 2009 年正式投入使用以来，科学家们一直未能实现核聚变净能量增益，即将核聚变真正转化为实用能源的关键一步。

而就在 12 月 5 日，该设施的一项实验释放的能量高达 3.15 兆焦，而驱动反应所消耗的能量仅为 2.05 兆焦。

研究人员表示，当天凌晨 1 点多，他们朝一个微型空心圆柱体（该柱体内配置了一个装有氢同位素的钻石胶囊）中发射了全球最大的激光。有一瞬间，这束激光输出的能量超出了美国电网总和。实验人员试图压缩胶囊的燃料，打造出高于太阳中心的密度、温度及压力。而在激光发射后的片刻，研究人员尚不确定发生了什么事。

该项目的首席实验员亚历克斯·齐斯特拉（Alex Zylstra）说道：“激光发射只花了几十亿分之一秒，因此我们需要通过一套精确的诊断工具来测量才能知晓刚刚具体发生了什么。当开始得出数据后，我们发现，首个迹象表明，本次实验产出的聚变能量高于激光输入的能量。“

实验在一个 0.4 英寸的空心圆柱体（称作空腔）中开启，柱体内悬挂着一个花椒大小的胶囊，装有驱动核聚变反应的燃料——部分冻结的两种氢同位素（氘与氚）的混合物。

192 束激光在不到 100 万亿分之一秒的短暂爆发中，向空腔传递了 2.05 兆焦的能量。

激光束射入空腔后撞击内壁并产生 X 射线。随后燃料胶囊被 X 射线所笼罩，迅速发生内爆，产生过热并被撞击压缩至人类头发的宽度。

极端的温度与压力水平——类似恒星与巨行星核心及核武器爆炸时的条件——驱动了核聚变反应。氢原子结合形成氦，同时释放出大量能量。12 月 5 日的核聚变反应实验产生的能量高达 3.15 兆焦，实现了约 1.5 倍的净能量增益。

核聚变之所以能对科研人员、投资者与企业产生广泛的吸引力，是因为它有潜力替代需要燃烧化石燃料、释放温室气体的非清洁能源。马德里国立远程教育大学（UNED）工程学教授拉斐尔·胡亚雷斯·马尼亚斯（Rafael Juárez Mañas）博士（其并非参与该实验的成员）表示，“值此能源与气候危机迫在眉睫之际“，利用核聚变产出清洁能源是契合时势的一项目标。

目前现有的核电站，是全球 10% 电力的供应源，它们利用核裂变发电，通过分裂铀等重原子产生能量。

核裂变产生的放射性污染物可能存在数千年之久，而核聚变则既不会产生此类污染物，也不会产生二氧化碳等温室气体。驱动核聚变反应的氢原子本质上取之不尽，用之不竭。

然而，核聚变科研人员表示，要实现这一技术的商业应用，还需要数年，甚至数十年的时间。

贝尔法斯特女王大学物理系教授詹卢卡·萨里（Gianluca Sarri，其并非参与近期实验的成员）表示，要谈论建造核聚变发电厂还为时尚早。他补充：“要让核聚变真正成为能源，仍有一些技术问题亟待解决。“

“如今，我们依然没能做到产出电能。”他说。

罗切斯特大学激光能量学实验室高级科学家乔纳森·戴维斯（Jonathan Davies）表示，国家点火设施的激光利用效率不到 1%。为达成 3 兆焦的核聚变能量，国家点火设施消耗了数百兆焦的电力来创造实验所需的激光。

戴维斯博士说：“一家激光核聚变发电厂须每秒约发射 10 次激光，发电量才能达标。”

为驱动并控制可控的核聚变反应，全球范围内的核聚变科研人员采用了一系列的方式。位于利弗莫尔的实验设施使用约 200 道激光压缩并加热氢原子，将其温度升至 1.8 亿华氏度，压力达到地球大气层的 1000 亿倍以上。以上极端条件会打造一种名为等离子体的物质状态，氢原子在其中发生聚变。这同样也是太阳和其它恒星的动力来源。

卢瑟福·阿普尔顿实验室中央激光装置（位于英格兰牛津郡附近）的高级等离子物理学家罗比·斯科特（Robbie Scott）说道：“本次实验首次验证了并非仅限恒星条件下才能实现净能量增益，在实验室里也可以做到。”

斯科特博士在劳伦斯利弗莫尔实验室工作了一年，但并未参与近期的实验。他表示，全球核聚变能源研究界为了达成这一结果“走过了艰难漫长的道路”，但他始终坚信点火能最终实现。

斯科特说道：“这一成果非常激动人心，具备开创性的意义。”

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）外观。

即使科学与工程方面的挑战依然存在，私人投资者们依然争先恐后地将资金投入这一蒸蒸日上的行业。

聚变工业协会（Fusion Industry Association）的数据显示，共有三十多家企业（多数驻于美国）正在追求核聚变商业化发展，现已筹得 50 亿美元以上的资金。这些企业并驱争先，不仅想要成为生产净能量机器的领头羊，还希望以发电厂的规模为电网供电，从而实现净能量的商业化发展。

来自 Veriten 能源咨询公司与 Segra Capital Management 的核能专家布雷特·兰帕尔（Brett Rampal）表示，“净能量的主张很好，但要注意净能量不等于净功率”。即使很多公司宣称已几近到达里程碑，兰帕尔先生依然认为，部分拥有原型装置的核聚变私营企业单实现净功率便需要十年之久，在此之上还需耗费五到十年的时间才能出现商品演示。

即便如此，核聚变能源企业依然将国家点火设施的实验结果视作迈向净能量的关键里程碑。

已筹资 12 亿美元的核聚变能源企业 TAE Technologies 首席执行官米歇尔·宾德鲍（Michl Binderbauer）说道：“这一步十分关键，不仅证实了理论，也支持了我们在核聚变能源领域的发展与进步。”

麻省理工学院衍生企业 Commonwealth Fusion Systems LLC 已筹资 18 亿美元，其首席执行官兼创始人鲍勃·穆加德（Bob Mumgaard）称，净能源的研究成果验证了核聚变行业的合理性。穆加德先生说道：“经过多年的努力积累，我们终于获得了鼓舞人心的成果，证明核聚变科学值得投资。”