北京时间12月13日晚间，美国能源部召开新闻发布会，宣布劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家在可控核聚变研究方面取得了“里程碑式”突破，首次成功在核聚变反应中实现净能量增益(Net Energy Gain)，即可控核聚变反应产生的能量超过驱动反应发生的激光能量。
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据了解，该实验室采用了一种名为惯性约束聚变的方法，简单来说是使用激光照射引发核聚变。国家点火装置(NIF)的激光聚变设备在当地时间2022年12月5日成功实现聚变点火，实验所输入的能量为2.05兆焦耳，输出的能量则为3.15兆焦耳，超过输入能量的50%。
不过，在被问及距离可控核聚变商业化还有多久时，相关发言人表示本次实验主要展现了可控核聚变技术的可行性，而对于具体的商业化时间则尚未有定论。新京报贝壳财经记者浏览多位专家意见获知，此次实验虽然取得了突破，但由于技术限制，目前获得实验所需的2.05兆焦耳输入能量需要耗费超过400兆焦耳的巨大电能，因此目前该实验装置无法做到对外净输出能量，距离真正实现可控核聚变的商业化应用依然非常遥远。
实现可控核聚变有何意义？
核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。理论上，只要有几克反应物，就有可能产生万亿焦耳级别的能量。
自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素，即氘与氚的聚变。而氘在地球的海水中含量丰富，因此如果实现可控核聚变技术，人类将拥有取之不尽的清洁能源，这或许会从根本上改变当前人类社会的格局以及科技发展进程。
此次劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家进行可控核聚变实验的具体操作方式为，在国家点火设施内，研究人员向一个被称为空腔的圆柱形目标发射192束激光，产生了X射线辐射，辐射使一个装有氢的两种同位素氘和氚的微小金刚石胶囊发生内爆，最终释放出能量。
该实验室发文称，此次实验超过了聚变阈值，向目标提供了2.05兆焦耳(MJ)的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能输出，首次证明了惯性聚变能(IFE)的最基础科学基础。但仍然需要许多先进的科学和技术发展才能实现为家庭和企业提供简单、负担得起的用电这一应用场景。
理论上，1升海水中的氘核聚变产生的能量相当于300升石油，而且几乎不产生废物和温室气体，不会导致气候变化。因此，可控核聚变技术也被认为有望提供近乎无限的清洁能源，是人类未来能源技术的“希望之星”。
不过，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室主任基姆·布迪尔(Kim Budil)表示，实现核聚变商业化可能需要数十年，核聚变技术还需克服诸多障碍，包括实现每分钟完成多次聚变点火，并拥有稳健的驱动程序系统等。
“他们应该为通过这项工作而受到极大的赞扬。”芝加哥大学物理学教授、美国能源部研究中心阿贡国家实验室前主任彼得·利特尔伍德说，“不过这一实验结果并不完全意味着这项(可控核聚变)技术会更快到来，而更多是显示‘我们终于到了这里。’”
值得注意的是，目前人类对可控核聚变的研究主要分惯性约束和磁约束两类，此次取得突破的属于惯性约束类。而磁约束核聚变此前也取得了惊人的进展。位于安徽合肥中科院等离子体所的东方超环(EAST)核聚变装置就是一种托卡马克磁约束装置。2021年5月28日，中国的“人造太阳”EAST创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。
400兆焦耳生成3.15兆焦耳？ “净能量增益”掩盖了电能光能转换效率低下等问题
需要注意的是，虽然从2.05兆焦耳到3.15兆焦耳的结果看，该实验的确实现了净能量增益。但要算上电能损耗等问题，此次实验投入的总能量实际上达到了400兆焦耳以上，远远高于输出3.15兆焦耳。
纽约大学新闻学教授、科普作家查尔斯·塞弗(Charles Seife)在大西洋杂志上发布文章指出，“输出的能量多于激光能量输入”方程掩盖了几个基本问题，“NIF的激光器的效率约为0.5%，这意味着它们将从电网吸收大约400兆焦耳的能量，以产生2.1兆焦耳的光能，最终产生2.5兆焦耳(此为旧数据)的聚变能。”
知乎2021新知答主，科普人瞻云发文称，此次发现意味着惯性约束聚变发电，人类迈出了一大步，“但前方最少还有1000步，也可能是无限步。”
瞻云认为，未来要实现惯性约束聚变发电，至少需要解决的技术还包括点火效率的进一步提升，激光器效率的飞跃式提升，装置打靶效率问题等。其中激光器效率提升是最关键的技术，但效率达到20%对现今人类犹如登天，“达到10%还是有希望的，但如果只有10%的话，就无法达成总正收益，无法去发电。”
在查尔斯·塞弗看来，此次实验距离可控核聚变技术商业化应用的距离就好比从用实验证明通过机翼的气流可以产生一点升力到真正从地面起飞，“并没有解决无数其他科学、技术和设计问题，而是一个象征性成就，当然，象征性的成就也值得庆祝。”
新京报贝壳财经记者罗亦丹
（文章来源：新京报）
