美国宣布核聚变技术取得“历史性”突破首次实现净能量增益

综合外媒报道，美国能源部官员周二（12月13日）宣布，科学家在核聚变技术领域取得了一项历史性成就：从聚变中产生的能量首次超过了用于为实验提供动力的激光能量，即实现了净能量增益。

这是人类开启利用清洁能源新前景的一大里程碑，物理学家数十年来一直在研究核聚变技术，因为它有望提供近乎无限的清洁零碳能源，帮助人类遏制气候变化。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室

该实验是于12月5日在加利福尼亚州的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）进行的。研究人员在实验中向目标输入了2.05兆焦耳的能量，并输出了3.15兆焦耳的聚变能量——产生的能量比投入的能量多50%以上。这是第一次有实验实现有意义的净能量增益。

据BBC报道，这项“国家点火装置”（NIP）实验耗资35亿美元，实验方法是将少量氢气放入胡椒粒大小的胶囊中，然后使用192束激光加热并压缩氢燃料。这里的激光非常强大，可以将胶囊加热到1亿摄氏度（比太阳核心温度还高），并将其压缩到压力超过地球大气层的1000亿倍。在这些力量的作用下，胶囊开始自爆，迫使氢原子聚变并释放能量。

位于劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的“国家点火装置”靶场

该实验产生的能量只够烧开十几壶水，但它的意义是巨大的。LLNL实验室主任布迪尔（Kim Budil）说：“这是一项历史性的成就……在过去60年里，成千上万的人为这项研究做出了贡献，凭借真正的远见我们才能走到这里。”

美国能源部长格兰霍姆（Jennifer Granholm）同样表示，“这一里程碑使我们朝着（使用）零碳且丰富的聚变能源，为我们社会提供动力的可能性迈出了重要的一步。”

核聚变被视为能源生产的“圣杯”，包括太阳在内的所有恒星都依赖核聚变反应提供动力。

核聚变的工作原理是将两个轻原子结合成一个较重的原子，并释放出巨大能量。这与当前核电站使用的核裂变技术相反，核裂变是从原子分裂中获得能量，并且在过程中会产生大量高放射性、长寿命的核废物。

图源：国际原子能机构

与核裂变相比，核聚变产生的能量要多得多，而且只会产生少量的短寿命低放废物。更重要的是，该过程不会排放温室气体，因此不会导致气候变化。但挑战之一是需要超过1亿摄氏度的温度和强大的压力才能迫使各元素在聚变中保持在一起，而此前还没有任何实验能够产生比投入的能量更多的能量。

不过，实现净能量增益并不意味着核聚变可即刻用于发电站，取代传统的化石燃料。布迪尔认为，此次的突破性实验是实现核聚变发电的“基础构件”，但大规模部署聚变能源系统仍然存在重大障碍。她预计在这项技术投入商业使用之前，还需要“数十年”的工作。目前，科学家们正在与时间赛跑以应对气候变化。

（编译：周周）