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੫文/新ࢵࣻ智元
੦ 来源/新智元（ID:A…I_era）
ਰ 【新智元导读】昨晚，发布会੩正式召开，LLNL实验室可控ë核聚变点火成功，人造太阳指日可待了？
酝酿了一整天的等≠待，可控૯a1;核聚变的重磅消息终于被证实了。
在12月13日晚的新闻发布会上，美国能源部部长和LLNL的科学家们共同宣布Α了这项∪ੈ有关“无限清洁能源”的重大科学突破！
有史以来第一次，人类实现了核聚变反应的净能量增益，也就是说，让核聚变反应产生的能量多于了这一过程中消耗的能量——核聚变点火。而这也让惯性聚变能（↵IFE）的科学基础ⓤ首次得到了☞证实。
据官方介绍，LLNL在向目标提供2.0¼5兆焦耳（MJ）的能量之后，产生Æ了3.15兆焦耳的核聚变能量输出，能量增益约ⓩ为1.5。
Ø 对此，美国能源部长Jenથnifer M. Granholm表示：“这是一个历史性的时刻，自此以后，游戏规则将会被永远改变。”
当然，被改变的不只有清洁能源的Î未来°，更有美ભ国的军事力量。
拜登政府表示，NIF这一里程碑式的突૯Ë破，可以帮助美国在不进行传统核试验的情况下保持核威¼慑力。
美国参议院多数党领袖查尔♥斯·舒默也表示：“在今年的《国防授权法》中，ICF项目将获得有史以来最高的拨款——超bd;过6.24亿美元，从而્让这个惊人的突破更进一步。”
清洁能源Λ的äß“圣杯”
核聚变被认为是清洁能源生ⓠ产领域的“圣杯”。因为它能够为太阳等恒星提供动力▦，而且可以在几乎没有污染的情况下产生大量能Ο量。
几十年来，能够接近⊃这一圣杯，是全世界科学家⊆的愿望。
而现在，这一圣杯被LLNL的科学家“摘下”æΥ了ξ。
12º月5¨日，劳伦斯利弗ƒ莫尔国家实验室（LLNL）的科学家在核聚变研究方面取得了重大突破，首次产生了能量净增益。
不过，这次实验产生的≠能量只⊂够烧开1ÿ5-20壶水。
ૠⓛ 此外，尽管该实验产生的能量比激光器输入的能量高，⇒但与激光器工作所需供能（约300兆焦耳）相比则低得多。
η显然，在投入‰大规模商用之◐前，这个过程还需要不断重复和完善，而且它产生的能量也必须得到显著提高才行。
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但是想一想α，前方可是“无限清洁能源”这一光明的目∪标啊！
毕竟与核裂变（主要在核电站和原子弹中使用）相¨比，核聚变的放射性废物要少得多，而且不会发生可能¿导致反应>堆熔毁的失控链式反应。
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¢对此，哥伦比亚大学应用物理学教授Carlos Paz-Soldan表示，该实验是人类在可控核聚变领域一个♠重要的里程碑。
因³为它Ċc;证明了：核聚变反应的“净能ξ量增益”是确实可行的。
虽然内爆bd;在十亿分之一秒内就结束了，但这段时间足以ù为研究核武器的科学家提供重要数据。
LLNL的这ਲ਼个实验，酝酿了至少有十年，ਜ਼并且曾在大约一年前，到达了♪一个里程碑。
在2021年8月的一次测试中，LLNL的激光簇的输à出达到了创纪录的新水‾平，在100万亿分之一秒内产生了10千万亿瓦的聚变功率。
上次的聚变反„应产生了激光发射能量的ৄ70%，而这次，输出的能量完全大于了消耗的•能量。
商业Ë化：不Δ用等五六十年³
目前的核聚变反应堆，通常使用以下两种方法来产生૪所需的热量∠：
磁约束反应堆ਮ（ê托卡马克环形反应堆），除了辅助热源外，还会使用磁铁来加热和容纳氢原子；
അ基于激Ø光的系统，则使用大量⌊的激光脉冲来轰击氢原子。
托卡ćf;马Ąf;克装置的工作原理是，加热到超过1亿摄氏度时，会产生旋转的氢同位素等离子体，它们将会碰撞，而产生聚◑变反应。超级磁铁产生的磁场随后会将等离子体包含起来，以防止其破坏反应堆。
Ø 而£两种反应堆的δ最大区别，在于聚变反应所需的时间。
磁反应堆可以使聚变过程持续更长时间ਬ，但需要更多的能૮量。Ąf;
相比之下，基于激光的反应堆，可以让核聚变在⇐很短的时间内发生Ο，而且现在已经一定程度上跨过了净能量增益的门槛。
但是，作为激光反应࠽堆代表的LLNL，虽然拥有迄今为止最强大ૢ的系统，能够将192束 激光束聚焦在一个目标上，但每几个小时才能发射一次。
而如果想要将聚变反ˆ应堆应用于商业发电੭，就需要让激光器每秒加热目标¡10次。这并非根本不可能，但从工程角度来看，是非常困难的。
不过，此次实验的成功χ，还是证明了核聚ⓛ变反应ૌ商业化的可能。
在发¢布会现场，美国能源部部长表示，核聚变的商业化，或许可能会在未ৄ来的“几个”í十年内实现，但大概率不是之前说的50-60年。
ąc;到了那Û一天，人类可以产生几乎Δ无碳的电力，这对于地球的生态环境意义重大。
不Ã仅如此，核聚变依赖的是宇宙中含量最丰富œ的燃੧料——氢，并且，氢的聚变副产品是相对温和的元素氦。
在核裂变中，链式反应可能会失控。但核聚变则完全不同，它只是开始得ઞ比较困难而已œ。⇒
ⓠ耗资È35亿美元的国家Χ点火装置
ક LLNL建造的国家点火装置（θNIP），耗资35亿美元。¨
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χ 它的雏形诞生于60多年前。૯
在20世纪60年代，LL☼NL的一组先锋科学家就作出假设：激光可以用来在实验室环境中诱δ导核聚变。
在物理学家John Nuckoll∑s的领导ô下，这一革命性的想法演变为惯性约ø束核聚变。
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为了实现这一概念，LLNLÆ建立了一系列越来越强大♡的激光系统，最终建立了世界上最大、能量最强的NIF。
NIF有一个体育场↑那么大，它强大ષ的激光束，可以创造出像恒星和巨行星的核心，以及核武器爆炸时的温度和压–力。
在此次实验中，激光器模仿了太a0;阳中心的Ε条件，将重氢同位素，氘和氚，融∑合成氦。
具体来说，若干氢气小球被放入胡椒粒大小的装置中，然后使‹用强大的192束激光，加热和压缩ਜ਼氢∋燃料。
Φ 激光在进入环空器后，会击中内壁并使其发出X射线，然后这些X射线可以将其加热到1亿摄氏度——比太阳中心还热，并将其压缩到地球大气层γ的1000亿倍以上ત。
高能激光会使░小球表面等离子体化，其余中心材料受到牛顿第三定律驱使，最终会向中વ央坍缩发生内€爆。
在内爆时，只要对燃料球给予正确的高温高压就š能发生链式反κ应——也就是“点火”，随←之便会放出大量能量。
û 不过，对于美国来说更重要的是，那些从事核储备的科学家可以绕过因《全面禁止核试验条约》而停止的˜地下核爆，转而以较小的规模进行核反应实验，并从¬中收集数据。
LLNL的武器物理和设计项目主任Mark Heⓞrrmann表示，这种输出，即30000万亿瓦特的功率，本身⊃就创造了非常极端的环境，更加接近于核武器爆炸。
有分析人士也指出，作为武器的氢弹中的氘氚是凝聚态，并用原子弹压缩实现瞬时整体核反″应。在激光惯性约束产生核聚变中，氘氚也是凝聚态，不同点是用激光压缩。如此一来便开辟了ϑ研究氢弹的新途径。
“核聚变”与“核 裂变”γ
那么，还ࢵ处੪在研¿究阶段的核聚变与现在广泛应用的核裂变，究竟有什么不同呢？
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左：核裂¸变；右：核Λ聚变
什么是核裂变ⓗÞe;？
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就像细胞分裂一样，▤在核裂变中，一个原子会分裂成更小的粒子，并放出原子核的结合能。
Α Υ这种能量将◊会以热能和辐射的形式释放，其中热能被用来将水加热成蒸汽，进而使涡轮机转动并驱动发电机发电。
在实际操作ࢵ中，核电站首先会将铀置于钢制反应堆容器内的密封金属圆筒∋中， 然后向铀原子发射中子，使其分裂并释放出更多的中子。这些中子击中其他原子，形成链式反应，分裂出更多的原子，以热和辐射的形式释放能量。
作为ˆ靶核的铀235原子会分裂成氪和钡原子核，同时还有三个额外的中子，通过撞击其他铀235 原ચ子产生裂变链式反应。
↔ 什么એ是核聚જ变？
核ϑ聚变是结合原子核以产生能量的过程，其释放的能量是裂变的数倍Š，并且不会产生长期的放射性ê废物。
聚变核电站的运行方式与裂变核电站类似，利用原子反应产生的热量来加热水、产生蒸汽、驱动涡轮机દ和发电，但要在聚变反应堆中创造ü发电β条件，同时满足能量消耗低于能量生成，一直是个难以克服的挑战。
核聚变反应堆通常使用一种可从海水中提取的氢同位素，称૮为氘（氢-2）。当受到高热和高压时，电子被迫离开氘原子，੭产生等离子体Η。
这 种等离子体是一种过热的电离气体，需ષ要用强磁场来控制，因为它的温度可以达到1亿摄氏度以上，是太阳核心温度的十倍。
辅助加热系统将温度提高到核聚变所需的水平d0;▦（1.5-3亿摄氏度），通电的等离子体粒子发生碰撞并加热。这些条件允许高能粒子在碰撞时克服其自然电磁排斥力，将它们融合在一起并释放ৄ出巨大的能量。
关键区别ਬ是☞什么？Σ
尽管核聚变和核裂变都使用原子能，γ但这两个过程之间有一些关键õ的区别▒：
核裂变☺在原子分裂∨时释放能量，而核聚变在原子结合时释放能量ડ；
核聚变反应释⌋放的能量比核裂变更 多જ；
核聚变不会像ੈ核裂પ变那样产生有ਲ਼害的长期放射性废物；
ⓒ核聚变的完࠽成需要更多∩的能量。
ⓩ总结一◯下☻
虽Ċc;然，现在的我们需要数十ù亿美元，才能煮沸15-20个水壶里ਪ的水。
虽然，核聚变☏要真正应用于↓发电站，或许还需要数十年的研究和“突破。
但是在60年的尺度上，人类已£经取ϑ∀得了重大的突破。
对于未来，憨我们也ï应®抱有更多的想象力。
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