美国宣布首次实现核聚变净能量增益，距离商业化还有多远？

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美国宣布首次实现核聚变净能量增益，距离商业化还有多远？
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2022-12-14 08:43:40 字号：A- A A+ 来源：观察者网

最后更新: 2022-12-14 13:40:00

【文/观察者网李泽西】

“这一重大科学突破，是我们走向清洁能源未来的一个里程碑。”

当地时间12月13日，美国能源部宣布，其下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的一个团队，12月5日在国家点火设施（下称“NIF”）进行了历史上第一次可控核聚变实验，实现了“核聚变点火”(fusion ignition)，该反应产生的能量超过所消耗的能量。

“这是一个酝酿了几十年的公告，”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。

NIF资料图

定量是否“实现”了可控核聚变的判断标准，是看核聚变装置输出的能量与输入的能量的比例，称为Q值。如果Q≤1，即产出的能量不及输入的能量，对于科学研究还是有意义的，但核聚变还是在耗费其他能源来源，显然无法为人类提供能量。如果输出的能量超出输入的能力，则Q>1，核聚变理论上被认为“实现了”，可能可以开始为人类发电了。

美国能源部透露，NIF投入了205万焦耳能量，使大约4%核聚变燃料产生反应，产出了315万焦耳能量，Q值大约达1.5。

但仅仅因为设计出一种能量增益的聚变反应，并不意味着人类发电方式的任何有意义的变化即将到来。有分析称，美国此次只是在实验室进行的原理验证水平上的成功，发出的电量实际上只是“相当于烧开10壶水”。而要想真正获得商用价值，其产出-输入比还需要提高约100倍。

实际上，NIF的激光实际上每次试验背后都需要超过3亿焦耳，给电容器充电，以及运行其他所需设备。

中国科学技术大学副研究员，风云学会会长袁岚峰指出，只有当Q达到10，核聚变才有商业价值，因此NIF此次成果只能被理解为一个阶段性成果。

在发布会上，劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任金伯利·布迪尔（KimberleyBudil）也坦承，要实现商业核聚变发电，还需要做“许多事情”，其中就包括“每分钟产生许多次核聚变点火”，这一过程可能还要花几十年。她表示，NIF目前使用的激光技术“基于1980年代”，下一步需要升级相关设施，简化流程以提高其可重复性，未来每次可产生“数亿焦耳”能量。

净能量增益聚变反应之所以如此难以捉摸，其原因在很大程度上是因为科学家必须在实验室中产生极端条件才能使反应发生。通常，需要使用巨大的激光器将氢的同位素加热到数百万摄氏度的温度。然后，产生的等离子体被限制在极高的压力下，导致同位素以足够的力量聚集在一起，使它们融合成不同的元素。当它们融合成不同的元素时，则以热量的形式释放出能量。

NIF使用的环空器，用于装核聚变燃料（图源：NIF）

中国科学技术大学等离子体物理与聚变工程系副主任吴征威向观察者网表示，美国建设NIF的初衷不是为了发电，而是为了模拟核爆炸。他认为，NIF目前还没有针对连续获取聚变产生热量的完整设计；在走向未来的潜在商业化途中，NIF采用的技术方案需要考虑激光等设施本身高昂的建设和运行成本。

美国能源部“核聚变点火”消息发布之际，拜登政府正致力于发展清洁发电，并且特别强调了聚变能源，最近美国通过的《降低通货膨胀法》为该领域的研究提供了大量资金。

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