可控核聚变人类朝“人造太阳”目标又近了一步

可控核聚变是科幻小说中的老戏骨。

无论是《三体》还是《流浪地球》，可控核聚变都承载着人类冲出宇宙的多重想象。原因在于它取之不尽，用之不竭，是解决能源问题的终极答案之一。然而在现实中，实现这一技术的门槛极高，全世界的科学家都在为之努力，并不能完全掌握可控核聚变技术。

但近日哪里PC蛋蛋微信群，科学界传来了一个振奋人心的消息：当地时间12月13日，美国能源部正式宣布核聚变取得历史性突破。美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室（以下简称LLNL）的科学家于12月5日首次成功实现了核聚变反应的“净能量增益”，即受控核聚变反应产生的能量激光能量超过发生的驱动反应。

这一时刻也被称为“聚变点火”。据美国能源部称，这一突破将永远改变清洁能源和美国国防的未来。

如果数据得到证实，意味着人类离“人造太阳”的目标又近了一步。

世界第一“点火”

当 192 束超高能激光束同时轰击一个装满氘和氚的胡椒粒大小的圆柱体时，会发生什么？

12 月 5 日，在 LLNL 的镀金鼓内，一组科学家进行了实验，巧妙地重现了为太阳提供动力的物理学。

“奇迹”发生了。在向圆柱体输送 2.05 兆焦耳的能量后，激光束输送了 3.15 兆焦耳的聚变能。这一壮举被称为点火，对全世界的聚变科学家来说是一个巨大的胜利。

核聚变点火是实现可控核聚变的关键步骤，是实现可控核聚变的前提和基础。核聚变是指原子并合在一起释放出巨大能量的过程，可以源源不断地提供绿色能源，碳排放几乎为零。然而，在实验室中实现核聚变并不容易。一个主要的挑战是“点火”（即核聚变反应产生的能量等于或超过输入能量的时刻）。

长期以来，可控核聚变被认为是“人类的终极能源”，但经过70多年的研究，仍处于试验阶段。“点火”，即核聚变产生的能量超过激光束进入的能量，是可控核聚变走向现实的必要指标之一。只有满足这个条件，设备才有望提供能量，而不仅仅是一个消费者。

多年来，科学家们一直在进行此类实验，结果发现产生的能量不足以为维护系统本身提供动力。早在2009年，美国国家核安全局就在加利福尼亚州的LLNL建造了国家点火装置（NIF），在一栋约三个足球场大小的10层建筑内进行上述实验。NIF最初的目标是在2012年实现“点火”，但未能实现。此后多年，NIF一直饱受争议，业界一度悲观地认为它可能永远无法“火起来”。

NIF的突破是渐进的。2022年1月，NIF团队在《自然》杂志发表文章，提到1.7兆焦耳的激光发射产生了1.3兆焦耳的能量。很多能量。九月PC官网，研究人员重复了这个过程。两个月后，NIF实现了“点火”。

可控核聚变实现了正循环，LLNL实验也从科学层面证明了惯性约束聚变可以实现净能量增益，新科学的大门正在打开。

每个国家都有自己的技术优势

核聚变是核能的一种形式，是指两个轻核结合形成一个重核并产生能量的过程。太阳之所以能发光发热，是靠不断产生核聚变来提供动力的。一个原子核分裂成两个轻的原子核也能产生能量，称为核裂变。著名的原子弹和核电站都采用了这个原理。

核聚变燃料丰富易得，核聚变不会产生高放射性核废料，清洁安全。核聚变不会产生高放射性核废料，清洁安全。因此，作为解决人类能源危机的终极能源，核聚变历经数十年仍未实现发电，但各国仍在不遗余力地参与这项研究。

1952年，美国在太平洋无人岛引爆了世界上第一颗氢弹，也让世人第一次见识到了核聚变的威力。不过这种爆轰所释放的能量是瞬时释放的，如果要将这种方式作为民用能源使用美国实现核聚变点火，能量的释放必须要缓慢、有序、可控。于是，核领域的一个新课题——可控核聚变研究诞生了。

可控核聚变的发展已有70年的历史。几十年来，世界各国在可控核聚变的研究上投入了大量的人力物力，也取得了一系列重要成果。

目前，世界上研究可控核聚变的国家和地区主要有欧洲、美国、日本、俄罗斯和中国最新加拿大28信誉群，各国的研究重点和研究进展不尽相同。

除托卡马克装置外，美国在激光惯性约束可控核聚变方面保持世界领先地位。

欧洲在先进托卡马克装置的研究上走在了前列。早在1982年，欧洲原子能委员会就在英国卡拉姆实验室建造了“JET”，这是世界上已建造的托卡马克装置中最大的装置之一。

2021年12月，来自欧洲的研究团队创造了可控核聚变能的新纪录：在欧洲联合环形反应堆中，氢同位素氘和氚被加热到1.5亿摄氏度并保持稳定5秒。

日本一直致力于为人类开发新能源最新加拿大28信誉群，在托卡马克装置的研究上走在世界前列。早在1985年美国实现核聚变点火，日本原子能研究所就成功运行了JT-60大型托卡马克装置，该装置的中心离子温度一度达到4亿摄氏度。

俄罗斯研制托卡马克装置的历史由来已久，但目前的研究进展相对缓慢。目前，俄罗斯正在大力参与和推进ITER项目，再次发展国内托卡马克研究。

中国核聚变研究起步缓慢，目前正在加速推进。我国的核聚变研究始于1960年代。1970年开始独立设计实验装置。1984年，中国转炉一号建成。1994年，我国建成“合肥超环”，从此进入高速发展阶段。

2021年5月PC28群大全，“东方超环”（全球首台非圆形截面全超导托卡马克）实现1.2亿摄氏度101秒、1.6亿摄氏度20秒等离子运行，打破世界纪录。

《东方超环》

今天，我国可控核聚变发展已从追随过去上升到与欧美并驾齐驱。

创业之路任重而道远

点火成功后，外界对可控核聚变最大的担忧是，这一突破是否意味着清洁无休止的核聚变发电指日可待？

答案是否定的。

据《纽约时报》报道，该实验产生的能量只够煮沸 15-20 壶水。此外，尽管实验产生的能量高于激光输入，但远低于操作激光所需的能量（约 300 兆焦耳）。

目前，各国的可控核聚变装置还处于试验阶段。未来要想应用到现实中，无论走什么样的技术路径，都必须要考虑“投入产出比”，也就是业内所说的Q值。即能量增益因子是指核聚变反应的输出能量与输入能量之比。当Q值大于1时，说明可控核聚变“不亏本”，产生的能量大于消耗的能量。

除了Q值之外，未来可控核聚变要实现商业化，还必须尽可能地延长反应时间。只有稳定地燃烧和释放，以后才有可能建电站。

尽管许多研究人员认为，这一结果可以证明可控核聚变可能在未来为电网提供稳定的电力负荷，也可能用于制氢或供暖。但要实现商业核聚变，业界的共识是一切才刚刚开始。该过程需要重复和完善才能大规模商业化使用，而且它产生的能量也必须得到显着提高。

LLNL实验室主任金布迪尔（Kim Budil）也表示，如果要将这一成果商业化，核聚变技术仍有“重大障碍”需要克服，可能需要数十年的努力和投入。

金佛地

结语

将近一个世纪以来，自从天文学家亚瑟·爱丁顿 (Arthur Eddington) 推测为太阳提供动力的氢和氦之间的关系以来，人类一直着迷于建造一座能像恒星一样运转的发电厂的想法。这一目标正在为全世界的科学家所追求，我们正在一步步向前。

虽然核聚变真正应用于发电厂可能还需要几十年的研究和突破。今天的技术突破可能只是一个婴儿蹒跚学步的阶段，但我们应该相信它最终会跑完这场技术马拉松。

对于未来，我们值得想象。