美能源部將宣布重大突破 可控核聚變實(shí)現(xiàn)凈能量增益

據(jù)多家外媒報(bào)道，美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）首次實(shí)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)的凈能量增益，不過(guò)這離可用的核聚變能源還有距離

技術(shù)人員在美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)家點(diǎn)火裝置的前置放大器支持結(jié)構(gòu)內(nèi)工作。圖：美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

　　【財(cái)新網(wǎng)】可控核聚變是人類(lèi)追求的“終極能源”，美國(guó)科學(xué)家或已首次實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)的凈能量增益。據(jù)美國(guó)能源部，在美國(guó)東部時(shí)間12月13日上午10點(diǎn)（北京時(shí)間23點(diǎn)），將宣布一項(xiàng)“重大科學(xué)突破”。多家外媒報(bào)道稱(chēng)，這項(xiàng)突破是關(guān)于可控核聚變，美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）首次實(shí)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)的凈能量增益，不過(guò)這離可用的核聚變能源還有距離。

　　美國(guó)能源部宣布，出席新聞發(fā)布會(huì)的人員包括美國(guó)能源部長(zhǎng)Jennifer M. Granholm、國(guó)家核安全局局長(zhǎng)Jill Hruby、白宮科技政策辦公室主任Arati Prabhakar和LLNL主任Kim Budil等。

　　這次新聞發(fā)布會(huì)引起了多家外媒關(guān)注，也有多個(gè)消息源透露了相同的信息：當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月5日，LLNL運(yùn)營(yíng)的國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)火”，同時(shí)產(chǎn)生的聚變能量超過(guò)了啟動(dòng)反應(yīng)使用的激光能量，首次實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)的凈能量增益?！督鹑跁r(shí)報(bào)》稱(chēng)，核聚變反應(yīng)產(chǎn)生了約2.5兆焦耳的能量，而啟動(dòng)反應(yīng)的激光能量為2.1兆焦耳，增益（輸出除以輸入）為1.2。

　　這次“點(diǎn)火”的原理如下：NIF的主要組件是一個(gè)包含192束激光的巨型激光陣列，使用激光瞄準(zhǔn)一個(gè)微型圓柱體，圓柱體內(nèi)有一塊被特殊材料包裹的氫燃料，其中含有兩種氫的同位素氘和氚。激光發(fā)出后，將圓柱體加熱至極高溫，產(chǎn)生X射線，導(dǎo)致氫燃料發(fā)生內(nèi)爆壓縮，將氫聚變成氦，實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)火”和核聚變——本質(zhì)上相當(dāng)于一次小型的氫彈爆炸。

　　NIF耗資35億美元，坐落在美國(guó)加利福尼亞州，1997年就開(kāi)始建造，到2009年才大致完成并進(jìn)行了第一次大型激光靶實(shí)驗(yàn)，此后一直缺乏成果。2013年，BBC報(bào)道NIF實(shí)現(xiàn)了可控核聚變的里程碑，其聚變反應(yīng)釋放的能量超過(guò)了燃料吸收的能量。但后來(lái)《科學(xué)》雜志報(bào)道稱(chēng)，激光的能量為1.8兆焦，產(chǎn)生的能量近14千焦，增益僅0.0077。

　　NIF最近的一次成果出現(xiàn)在2021年，研究團(tuán)隊(duì)在今年1月26日《自然》雜志上發(fā)表了4項(xiàng)研究成果稱(chēng)，NIF實(shí)現(xiàn)了“燃燒等離子體”，這意味著核聚變?nèi)紵梢杂煞磻?yīng)本身產(chǎn)生的熱量來(lái)維持，而不是靠輸入的激光能量，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的能量約為1.37兆焦耳，增益約為0.7。

　　即便實(shí)現(xiàn)了凈能量增益，NIF離我們理解的可控核聚變能源也還有距離。美國(guó)公共廣播電臺(tái)（NPR）采訪的密歇根大學(xué)核工程師Ryan McBride表示，這并不意味著NIF本身正在發(fā)電。一方面，激光器需要超過(guò)300兆焦耳的電力才能產(chǎn)生大約2兆焦耳的激光。也就是說(shuō)，即使聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過(guò)了激光產(chǎn)生的能量，它仍然只占總能量的百分之一左右。

　　此外，NIF使用的氫燃料體積非常小，還不到胡椒粒那么大，要重復(fù)多次才能產(chǎn)生足夠的能量供電，而NIF目前每周可以進(jìn)行大約一次激光實(shí)驗(yàn)。

　　可控核聚變一直是人類(lèi)追求的“終極能源”，除NIF外，全世界其他的可控核聚變裝置大多數(shù)都是托卡馬克裝置，是利用磁約束實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的機(jī)器。2022年2月9日，歐洲核聚變研發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟（EUROfusion）、英國(guó)原子能管理局（UKAEA）和國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）聯(lián)合召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)稱(chēng)，位于英國(guó)的歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆（JET）在5秒鐘內(nèi)產(chǎn)生了59兆焦耳的持續(xù)能量，打破了該裝置1997年的創(chuàng)造的22兆焦耳記錄。（詳見(jiàn)財(cái)新網(wǎng)報(bào)道《歐州核聚變實(shí)驗(yàn)創(chuàng)紀(jì)錄 能量輸出59兆焦耳》）

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