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畢竟與核裂變（主要在核電站和原子彈中使用）相比，核聚變的放射性廢物要少得多，而且不會發(fā)生可能導(dǎo)致反應(yīng)堆熔毀的失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

對此，哥倫比亞大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授Carlos Paz-Soldan表示，該實驗是人類在可控核聚變領(lǐng)域一個重要的里程碑。

因為它證明了：核聚變反應(yīng)的「凈能量增益」是確實可行的。

雖然內(nèi)爆在十億分之一秒內(nèi)就結(jié)束了，但這段時間足以為研究核武器的科學(xué)家提供重要數(shù)據(jù)。

LLNL的這個實驗，醞釀了至少有十年，并且曾在大約一年前，到達(dá)了一個里程碑。

在2021年8月的一次測試中，LLNL的激光簇的輸出達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的新水平，在100萬億分之一秒內(nèi)產(chǎn)生了10千萬億瓦的聚變功率。

上次的聚變反應(yīng)產(chǎn)生了激光發(fā)射能量的70%，而這次，輸出的能量完全大于了消耗的能量。

商業(yè)化：不用等五六十年

目前的核聚變反應(yīng)堆，通常使用以下兩種方法來產(chǎn)生所需的熱量：

磁約束反應(yīng)堆（托卡馬克環(huán)形反應(yīng)堆），除了輔助熱源外，還會使用磁鐵來加熱和容納氫原子；

基于激光的系統(tǒng)，則使用大量的激光脈沖來轟擊氫原子。

托卡馬克裝置的工作原理是，加熱到超過1億攝氏度時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的氫同位素等離子體，它們將會碰撞，而產(chǎn)生聚變反應(yīng)。超級磁鐵產(chǎn)生的磁場隨后會將等離子體包含起來，以防止其破壞反應(yīng)堆。

而兩種反應(yīng)堆的最大區(qū)別，在于聚變反應(yīng)所需的時間。

磁反應(yīng)堆可以使聚變過程持續(xù)更長時間，但需要更多的能量。

相比之下，基于激光的反應(yīng)堆，可以讓核聚變在很短的時間內(nèi)發(fā)生，而且現(xiàn)在已經(jīng)一定程度上跨過了凈能量增益的門檻。

但是，作為激光反應(yīng)堆代表的LLNL，雖然擁有迄今為止最強(qiáng)大的系統(tǒng)，能夠?qū)?92束激光束聚焦在一個目標(biāo)上，但每幾個小時才能發(fā)射一次。

而如果想要將聚變反應(yīng)堆應(yīng)用于商業(yè)發(fā)電，就需要讓激光器每秒加熱目標(biāo)10次。這并非根本不可能，但從工程角度來看，是非常困難的。

不過，此次實驗的成功，還是證明了核聚變反應(yīng)商業(yè)化的可能。

在發(fā)布會現(xiàn)場，美國能源部部長表示，核聚變的商業(yè)化，或許可能會在未來的「幾個」十年內(nèi)實現(xiàn)，但大概率不是之前說的50-60年。

到了那一天，人類可以產(chǎn)生幾乎無碳的電力，這對于地球的生態(tài)環(huán)境意義重大。

不僅如此，核聚變依賴的是宇宙中含量最豐富的燃料——?dú)?，并且，氫的聚變副產(chǎn)品是相對溫和的元素氦。

在核裂變中，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可能會失控。但核聚變則完全不同，它只是開始得比較困難而已。

耗資35億美元的國家點(diǎn)火裝置

LLNL建造的國家點(diǎn)火裝置（NIP），耗資35億美元。

它的雛形誕生于60多年前。

在20世紀(jì)60年代，LLNL的一組先鋒科學(xué)家就作出假設(shè)：激光可以用來在實驗室環(huán)境中誘導(dǎo)核聚變。

在物理學(xué)家John Nuckolls的領(lǐng)導(dǎo)下，這一革命性的想法演變?yōu)閼T性約束核聚變。

為了實現(xiàn)這一概念，LLNL建立了一系列越來越強(qiáng)大的激光系統(tǒng)，最終建立了世界上最大、能量最強(qiáng)的NIF。

NIF有一個體育場那么大，它強(qiáng)大的激光束，可以創(chuàng)造出像恒星和巨行星的核心，以及核武器爆炸時的溫度和壓力。

在此次實驗中，激光器模仿了太陽中心的條件，將重氫同位素，氘和氚，融合成氦。

具體來說，若干氫氣小球被放入胡椒粒大小的裝置中，然后使用強(qiáng)大的192束激光，加熱和壓縮氫燃料。

激光在進(jìn)入環(huán)空器后，會擊中內(nèi)壁并使其發(fā)出X射線，然后這些X射線可以將其加熱到1億攝氏度——比太陽中心還熱，并將其壓縮到地球大氣層的1000億倍以上。

高能激光會使小球表面等離子體化，其余中心材料受到牛頓第三定律驅(qū)使，最終會向中央坍縮發(fā)生內(nèi)爆。

在內(nèi)爆時，只要對燃料球給予正確的高溫高壓就能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)——也就是「點(diǎn)火」，隨之便會放出大量能量。

不過，對于美國來說更重要的是，那些從事核儲備的科學(xué)家可以繞過因《全面禁止核試驗條約》而停止的地下核爆，轉(zhuǎn)而以較小的規(guī)模進(jìn)行核反應(yīng)實驗，并從中收集數(shù)據(jù)。

LLNL的武器物理和設(shè)計項目主任Mark Herrmann表示，這種輸出，即30000萬億瓦特的功率，本身就創(chuàng)造了非常極端的環(huán)境，更加接近于核武器爆炸。

有分析人士也指出，作為武器的氫彈中的氘氚是凝聚態(tài)，并用原子彈壓縮實現(xiàn)瞬時整體核反應(yīng)。在激光慣性約束產(chǎn)生核聚變中，氘氚也是凝聚態(tài)，不同點(diǎn)是用激光壓縮。如此一來便開辟了研究氫彈的新途徑。

「核聚變」與「核裂變」

那么，還處在研究階段的核聚變與現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的核裂變，究竟有什么不同呢？

左：核裂變；右：核聚變

什么是核裂變？

就像細(xì)胞分裂一樣，在核裂變中，一個原子會分裂成更小的粒子，并放出原子核的結(jié)合能。

這種能量將會以熱能和輻射的形式釋放，其中熱能被用來將水加熱成蒸汽，進(jìn)而使渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動并驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

在實際操作中，核電站首先會將鈾置于鋼制反應(yīng)堆容器內(nèi)的密封金屬圓筒中，然后向鈾原子發(fā)射中子，使其分裂并釋放出更多的中子。這些中子擊中其他原子，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，分裂出更多的原子，以熱和輻射的形式釋放能量。

作為靶核的鈾235原子會分裂成氪和鋇原子核，同時還有三個額外的中子，通過撞擊其他鈾235原子產(chǎn)生裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

什么是核聚變？

核聚變是結(jié)合原子核以產(chǎn)生能量的過程，其釋放的能量是裂變的數(shù)倍，并且不會產(chǎn)生長期的放射性廢物。

聚變核電站的運(yùn)行方式與裂變核電站類似，利用原子反應(yīng)產(chǎn)生的熱量來加熱水、產(chǎn)生蒸汽、驅(qū)動渦輪機(jī)和發(fā)電，但要在聚變反應(yīng)堆中創(chuàng)造發(fā)電條件，同時滿足能量消耗低于能量生成，一直是個難以克服的挑戰(zhàn)。

核聚變反應(yīng)堆通常使用一種可從海水中提取的氫同位素，稱為氘（氫-2）。當(dāng)受到高熱和高壓時，電子被迫離開氘原子，產(chǎn)生等離子體。

這種等離子體是一種過熱的電離氣體，需要用強(qiáng)磁場來控制，因為它的溫度可以達(dá)到1億攝氏度以上，是太陽核心溫度的十倍。

輔助加熱系統(tǒng)將溫度提高到核聚變所需的水平（1.5-3億攝氏度），通電的等離子體粒子發(fā)生碰撞并加熱。這些條件允許高能粒子在碰撞時克服其自然電磁排斥力，將它們?nèi)诤显谝黄鸩⑨尫懦鼍薮蟮哪芰俊?/div>