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【文/觀察者網(wǎng) 李澤西】

“這一重大科學(xué)突破，是我們走向清潔能源未來的一個里程碑。”

當(dāng)?shù)貢r間12月13日，美國能源部宣布，其下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的一個團(tuán)隊，12月5日在國家點火設(shè)施（下稱“NIF”）進(jìn)行了歷史上第一次可控核聚變實驗，實現(xiàn)了“核聚變點火”(fusion ignition)，該反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過所消耗的能量。

“這是一個醞釀了幾十年的公告，”美國能源部稱，這一突破將永遠(yuǎn)改變清潔能源和美國國防的未來。

NIF資料圖

定量是否“實現(xiàn)”了可控核聚變的判斷標(biāo)準(zhǔn)，是看核聚變裝置輸出的能量與輸入的能量的比例，稱為Q值。如果Q≤1，即產(chǎn)出的能量不及輸入的能量，對于科學(xué)研究還是有意義的，但核聚變還是在耗費其他能源來源，顯然無法為人類提供能量。如果輸出的能量超出輸入的能力，則Q>1，核聚變理論上被認(rèn)為“實現(xiàn)了”，可能可以開始為人類發(fā)電了。

美國能源部透露，NIF投入了205萬焦耳能量，使大約4%核聚變?nèi)剂袭a(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)出了315萬焦耳能量，Q值大約達(dá)1.5。

但僅僅因為設(shè)計出一種能量增益的聚變反應(yīng)，并不意味著人類發(fā)電方式的任何有意義的變化即將到來。有分析稱，美國此次只是在實驗室進(jìn)行的原理驗證水平上的成功，發(fā)出的電量實際上只是“相當(dāng)于燒開10壺水”。而要想真正獲得商用價值，其產(chǎn)出-輸入比還需要提高約100倍。

實際上，NIF的激光實際上每次試驗背后都需要超過3億焦耳，給電容器充電，以及運(yùn)行其他所需設(shè)備。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員，風(fēng)云學(xué)會會長袁嵐峰指出，只有當(dāng)Q達(dá)到10，核聚變才有商業(yè)價值，因此NIF此次成果只能被理解為一個階段性成果。

在發(fā)布會上，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室主任金伯利·布迪爾（KimberleyBudil）也坦承，要實現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電，還需要做“許多事情”，其中就包括“每分鐘產(chǎn)生許多次核聚變點火”，這一過程可能還要花幾十年。她表示，NIF目前使用的激光技術(shù)“基于1980年代”，下一步需要升級相關(guān)設(shè)施，簡化流程以提高其可重復(fù)性，未來每次可產(chǎn)生“數(shù)億焦耳”能量。

凈能量增益聚變反應(yīng)之所以如此難以捉摸，其原因在很大程度上是因為科學(xué)家必須在實驗室中產(chǎn)生極端條件才能使反應(yīng)發(fā)生。通常，需要使用巨大的激光器將氫的同位素加熱到數(shù)百萬攝氏度的溫度。然后，產(chǎn)生的等離子體被限制在極高的壓力下，導(dǎo)致同位素以足夠的力量聚集在一起，使它們?nèi)诤铣刹煌脑亍．?dāng)它們?nèi)诤铣刹煌脑貢r，則以熱量的形式釋放出能量。

NIF使用的環(huán)空器，用于裝核聚變?nèi)剂希▓D源：NIF）

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等離子體物理與聚變工程系副主任吳征威向觀察者網(wǎng)表示，美國建設(shè)NIF的初衷不是為了發(fā)電，而是為了模擬核爆炸。他認(rèn)為，NIF目前還沒有針對連續(xù)獲取聚變產(chǎn)生熱量的完整設(shè)計；在走向未來的潛在商業(yè)化途中，NIF采用的技術(shù)方案需要考慮激光等設(shè)施本身高昂的建設(shè)和運(yùn)行成本。

美國能源部“核聚變點火”消息發(fā)布之際，拜登政府正致力于發(fā)展清潔發(fā)電，并且特別強(qiáng)調(diào)了聚變能源，最近美國通過的《降低通貨膨脹法》為該領(lǐng)域的研究提供了大量資金。