核聚变的研究人员已经取得了历史性的能量里程碑

一个受控的聚变反应已经首次产生了比放进这个系统的更多的能量，代可行的聚变能量又一步更接近现实

新科学家By Matthew Sparkes

13 December 2022

PHYSICS 

加州的国家点火设施。Damien Jemison

研究人员已经证实，地球上第一次一个受控的聚变反应已经产生了比它需要来运行更多的能量。这项实验是一个朝着商业核聚变发电的重要一步，但专家们说仍需要进行大量的工程努力来提高效率和降低成本。

12月11日，在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）浮现了该实验的传言，但这一消息已被在今天的新闻发布会上正式宣布。在12月5日的一项实验中，该实验室的国家点火设施（NIF）核聚变反应堆从一个2.05兆焦耳的激光功率输出已经产生了3.15兆焦耳的功率输出------一个约为150%的增益。然而，这一数字远远超过第一位从电网中吸的大约300兆焦耳。

旨在来取得可行的核聚变有两种主要的研究方法。一种是用磁场来包含一种等离子体，而另一种是用激光器。国家点火设施使用第二种被称为惯性约束聚变（ICF）的方法，在那里一个含有氢燃料的小微胶囊被用激光轰炸，造成它加热起来并迅速膨胀。

这创造一个向内压缩燃料的相等的和相反的反应。然后，氢原子的原子核一起聚变来形成更重的元素，它们的质量的一些就像太阳中一样以能量释放。

到目前为止，所有的聚变实验已经需要比它们产生的输入更多的能量。国家点火设施的今年8月被证实的先前记录产生了一个等于来自它的激光器能量输入的72%的输出。今天的声明证实，研究人员不仅达到了关键的打破平衡里程碑，而且超过了它------尽管如果你忽略为激光器供电所需的能量。在新闻发布会上，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的让-米歇尔·迪-尼古拉说，在峰值功率------这国家点火设施只在一秒的几十亿分之—取得------激光吸了500万亿瓦，比整个美国国家电网输出更大的功率。

白宫科技办公室的政策主任阿拉蒂·普拉巴卡尔说达到这一里程碑是“一个坚持能取得的巨大例子”，带可行的核聚变电力又近一步。

她说，“这不仅花了一代人，而且一代又一代的人追求这一目标。这种推进这个研究的双重性、建立复杂的工程系统、双方互相学习------这是我们确实怎样真的做非常困难事情的，因此这刚好是一个美丽的例子” 。

伦敦帝国理工学院的杰里米·奇滕登说，这项实验对核聚变研究是一个历史性时刻。奇滕登说，“这是在核聚变领域的每个人70年来一直在努力来取得的一个里程碑。这是一个为惯性约束聚变我们一直尝试了近50年方法的主要证明。这是非常重要的” 。

目前，大多数核聚变投资都投进磁约束的替代方法，特别是一种被称为托卡马克的反应堆设计。英国牛津附近的联合欧洲环面（JET）反应堆于1983年开始运行。当运行时它是太阳系中最热的点，达到1.5亿°C（2.7亿°F）。今年早些时候，联合欧洲环面维持了一个5秒的反应，产生了一个创纪录的59兆焦耳的热能。

位于法国的国际热核实验反应堆（ITER）是一个更大和更现代的替代正在接近完成，它的首次实验被定于2025年开始。另一个用相同设计的反应堆韩国超导托卡马克先进研究（KSTAR）装置，最近成功的在超过1亿°C的温度下维持了一个反应30秒。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任金卜迪尔在新闻发布会上说，实验和宣布之间的延迟是因为一个第三方专家团队被带来同行评审数据。她说，现在它已经被证实，一个基于激光的发电厂在“几十年”内建成是很可能的，但托卡马克反应堆的技术是更为成熟的。

她说，“有非常重要的障碍，不仅在科学，而且在技术，这是一个一次点火舱，为了实现商业聚变能量你必须做很多事情；你必须能够来每分钟产生很多很多次的聚变点火，你必须有一个强大的激光驱动系统来使这个可能” 。

目前，国家点火设施能被运行一个非常短的周期，然后在它能被再次打开之前它必须花几个小时冷却它的组件。奇滕登说，被新的商业初创企业尝试的方法可能证明一种更好的前进方法。

奇滕登说，“如果我们坚持通过大规模项目来做到这个，建设需要数十亿美元和数十年时间，很可能是核聚变发生得太晚不能对气候有一个影响。我相信我们真正需要做的是集中靠增加方法的多样性以便我们能尝试找到一些影响成本更低、周转速度更快的东西，这样我们就能在10年或15年内得到一些东西。”

奇滕登说，除了为从事实际反应堆设计的工程师提供宝贵的数据外，国家点火设施的研究结果还可能导致其他物理学方面的进展，因为这些反应似乎甚至比太阳上的反应更强烈、更快，而且更像是发生在超新星中的反应。他说，“我们正处于极端的压力、密度和温度下，这是之前我们在实验室中从未接触到的，这些是允许我们来研究在宇宙中最极端的物质状态下什么正在发生的过程” 。

贝尔法斯特女王大学的吉安卢卡·萨里说，这一发现将允许所有这些核聚变研究人员压在安全的从核聚变提取能量是可能的上。

他说，“现在，我用倒逗号说这 ‘只是’一个精炼和技术调整的问题。很明显，明天将不会发生，因为有技术问题。我们离一个反应堆还很远。但我们正走在正确的道路上。就清洁能量而言，这项核聚变研究绝对是最雄心勃勃的途径，但最终将是最有回报的，因为你能解锁的能量潜在的是无限的” 。

萨里说，他的直觉是第一个工作的反应堆将是托卡马克装置，但惯性约束聚变的研究仍然有一个来发挥的至关重要的角色。“这两条路线都应该继续走下去，因为它们互相告知。这两个计划之间有很多信息交换。它们的工作方式在概念上是相似的” 。

https://www.newscientist.com/article/2350965-nuclear-fusion-researchers-have-achieved-historic-energy-milestone/