美国LLNL实验室实现核聚变反应净能量增益，获得3.5兆焦耳能量

当地时间 7 月 30 日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的研究人员，继去年 12 月在国家点火设施（National Ignition Facility，NIF）的一项实验中首次实现“核聚变点火”之后，第二次实现了核聚变反应净能量增益。

据知情人士透露，本次实验获得了大约 3.5 兆焦耳的能量。

作为 LLNL 的一名发言人，保罗·里恩（Paul Rhien）在一份电子邮件声明中表示：“我们继续进行实验来研究这一令人兴奋的新科学体系。在 7 月 30 日进行的实验中，我们在 NIF 重复点火。目前，对这些结果的分析正在进行中，但我们可以确认该实验中所产生的能量比 12 月份的实验更高。”

据了解，在对上述结果进行更多分析之前，LLNL 不会讨论更多实验细节。但据里恩透露，“按照我们的标准做法，我们计划在即将召开的科学会议和同行评审出版物中分享这些结果，作为我们交流科学结果的正常流程的一部分。”

如今，人类已经发展出了多种类型的发电方式，比如，风力发电、火力发电、水力发电、太阳能光发电、核能发电、生物质发电等。其中，核能发电是一种利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。在核裂变中，重原子被分裂为多个轻原子，进而释放出巨大的能量。虽然这种方式也能产生丰富的清洁能源，有利于减少温室气体排放，并为缓解全球气候变暖做出贡献，但其一直因安全问题而引发人们的担忧。

除了核裂变，核聚变也是一种核能利用的方式。在该方式下，氘和氚这两种氢同位素会被加热到超高温的条件，两个原子也能互相吸引并通过碰撞发生聚合作用，释放出大量的氦和中子，进而产生巨大的能量。

长期以来，利用核聚变寻求能源的方式一直受到人类的推崇。这是因为，其不仅具有产生无限、安全、清洁的能源的潜力，还无需处理与核电相关的放射性废物所带来的威胁。并且，从海水中提取出的丰富的重氢原子资源，也能为聚变的发生提供充足的燃料。

事实上，从 20 世纪 50 年代开始，该领域内的科学家们，便开始探索在地球上实现核聚变反应。到今天，已有重力场约束、惯性约束和磁约束三种实现方式。在这之中，磁约束是被研究得最多的一种方法，主要通过巨大磁铁产生的磁场，来约束高温条件下的等离子体的核燃料，使其发生反应。

而 NIF 采用的是惯性约束的方式，可以在 192 条激光束上承载 200 万焦耳的能量，并将巨大的激光发射到燃料靶点上，以形成高温高压的等离子体，进而实现聚变反应。

2022 年 12 月，LLNL 宣布，其确认在基于 NIF 进行的聚变实验中，第一次实现净能量增益，并产生了大约 3.15 兆焦耳的能量，约是激光器输出 2.05 兆焦耳能量的 150%。

需要说明的是，在 2022 年 12 月以前，科学家们也曾实现过聚变反应，只不过所获得的能量，小于用来驱动它的能量。因此，上述突破可以被视为人类在寻求无限清洁能源道路上走出的关键一步，也被美国能源部评价为“几十年来的重大科学突破，将为国防和清洁能源的未来发展铺平道路”。

而 7 月 30 日的这次实验，则是 LLNL 的研究人员对去年年末的实验的重复，获得了比后者更高的能量输出，这足以说明，NIF 进展的步伐正在加快。

尽管如此，科学家们距离通过聚变产生能源的目标还很遥远。

目前，研究人员每天仅能借助 NIF 进行一次聚变反应，因为他们必须让激光器冷却并更换燃料目标，而商业上可行的聚变电厂，其激光器需要达到每秒进行多次发射的目标。

并且，当下所讨论的能量增益，只是将反应产生的能量和激光器中的能量进行比较，而非与电网中抽出的能量总量进行比较。据了解，要想实现商业核聚变，所达到的能量输出应该是激光的 30 至 100 倍。

麻省理工学院等离子体科学与聚变中心主任丹尼斯·怀特（Dennis Whyte）教授表示：“一旦获得了科学上的可行性，就必须弄清楚工程上的可行性。”

如此看来，最新的技术突破并不具备被转化为可行的发电厂的条件，也还不能解决气候危机，但它却能证明，人类在地球上已经可以利用太阳这颗恒星的能量，以及我们离清洁能源又近了一步的事实。

支持：张智

参考资料：

https://www.theguardian.com/environment/2023/aug/06/us-scientists-achieve-net-energy-gain-second-time-fusion-reaction

https://arstechnica.com/science/2023/08/physicists-achieve-fusion-net-energy-gain-for-second-time/

https://www.wionews.com/science/us-scientists-achieve-net-energy-gain-from-nuclear-fusion-reaction-for-second-time-623064

https://www.washingtonpost.com/climate-solutions/2023/08/06/nuclear-fusion-net-energy-gain-higher-yield/