科学家使用192个激光点燃聚变反应 产生能量超过触发它的能量

　　劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家在十二月通过了重要的聚变里程碑，使用192个激光点燃聚变反应，产生的能量超过触发它的能量。这种激增只持续了一小会儿，但其影响持续的时间要长得多。

　　这一成就是聚变的高水位标记，该领域在70多年前生产了热核武器，但仍然没有可以发电的反应堆。受控聚变的科学和工程挑战是巨大的。

　　但是，LLNL国家点火设施（又名NIF）的实验对科学和新能源的梦想意味着什么，这种新能源可以在不释放任何二氧化碳的情况下为我们的家庭和汽车提供动力？

　　简而言之，鼓掌是一件大事，但这并不意味着绿色能源革命迫在眉睫。聚变发电的进展还需要数年时间才能取得成果 - 可能是十年左右 - 目前尚不清楚聚变是否足够便宜，可以从根本上改变我们的电网。继续对太阳能和风能的投资对于应对气候变化至关重要。

　　商业聚变企业对NIF实验表示赞赏，并从那时起取得了逐步进展。Commonwealth Fusion Systems在马萨诸塞州德文斯开设了一个新的总部，预计将在那里建造一个连接到电网的实验反应堆。托卡马克能源公司和通用聚变公司宣布将在英国牛津附近建造新设施。最值得注意的是，Helion Energy宣布微软已同意从一家名为Constellation的工厂购买其聚变电力，该工厂计划于2028年上线。

　　当两种较轻的元素（如氢或氦）合并成一个较重的元素时，就会发生聚变。这种核反应释放出大量能量，正如周围最大的聚变炉太阳所展示的那样。

　　然而，在地球上发生核聚变更难，因为原子核带正电，因此相互排斥。太阳的巨大质量会产生巨大的压力来克服这种排斥力，但在地球上，还需要其他力。

　　有两种通用的聚变方法：惯性和磁约束。惯性约束通常使用激光以很大的功率击打颗粒，引发压缩聚变燃料的爆炸。这就是NIF使用的方法。

　　另一种方法使用磁场。它在试图将聚变能源商业化的公司中更为普遍。

　　NIF的实验完成了什么？

　　它跨越了聚变的关键阈值，聚变反应产生的能量 - 3万焦耳 - 超过了激光泵出以触发反应的15.2兆焦耳。聚变研究人员用字母Q表示输出能量与输入能量的比率，这是聚变反应首次超过Q = 05。

　　聚变反应堆必须达到Q = 10的阈值才能产生能量。这就是每个人都在追求的目标，包括另一个由政府资助的大型项目，名为法国的ITER。聚变反应堆必须比NIF更频繁地达到Q = 10。

　　在某些方面，这是一个学术里程碑，一个核聚变实验已经推动了几十年。但鉴于核聚变从未到达那里的声誉，这是可能性的重要证明。在你重复那句经常被引用的尖刻言论之前，请仔细考虑一下，即核聚变是未来的能源，而且永远都是。

　　NIF实验对绿色电力意味着什么？

　　由于几个原因，数量不是很大。首先，大多数商业聚变能项目都在使用各种形式的磁约束，而不是NIF基于激光的方法，因此工程挑战是不同的。另一方面，NIF是一个庞大的3亿美元国家实验室项目，用于研究核武器，而不是一个旨在以最具竞争力的成本为电网生产可靠能源的项目。

　　“不要指望未来的聚变工厂看起来像NIF，”普林斯顿大学研究员威尔逊里克斯在一条推文中说。NIF的激光器和聚变热到电能的转换效率极低，这意味着其设计本质上是不切实际的。相比之下，“磁约束聚变有一些真正的希望，”他在推特上写道。

　　降低聚变的成本对其成功至关重要，因为它必须与零碳替代品竞争，例如今天的裂变核反应堆，这些反应堆可以产生稳定的电力供应以及风能和太阳能等可再生能源，这些电力更便宜但间歇性。

　　"聚变的第一个竞争对手是裂变，“普林斯顿等离子体物理实验室的研究人员在十月份的一篇研究论文中得出结论，该论文尚未经过同行评审，该论文评估了聚变在电网上的前景。他们预计，如果聚变的高成本能够下降到足以降低的程度，它可以取代对未来裂变工厂的需求，如果进一步降低，还可以与太阳能和储能的结合竞争。

　　NIF是一个庞大而复杂的网站。如果聚变发电厂可以建造更便宜、更小的装置，更像是工厂生产线上的东西，那么生产成本应该会降低。这要归功于一种称为赖特定律的现象，即经验曲线或学习曲线，它稳步降低了太阳能和风能的成本。聚变工厂越大、越定制化，成本下降就越少，聚变竞争力就越低。

　　NIF的结果是否至少有一些不太直接的好处？

　　是的。科学家可以通过更新聚变物理模型从NIF实验中受益，以解释它提供自己的热量而不是依赖外部资源的事实，该行业倡导组织聚变行业协会首席执行官安德鲁霍兰德说。

　　这种关注也可能有所帮助，特别是考虑到长期以来对聚变能源的怀疑。

　　泰易科技首席执行官Michl Binderbauer称NIF的结果是“进入聚变时代黎明的巨大垫脚石”，并表示这是一个重要的例证，表明聚变能源确实是合理的。

　　投资者也注意到了这一点。霍兰德说，聚变行业协会的年度报告详细介绍了对聚变能源初创公司的4亿美元风险资本投资，自NIF成就宣布以来，下载量增加了十倍。他补充说，许多要求它的人来自投资公司。

　　核聚变在NIF是如何工作的？

　　NIF使用192个强大的红外激光器触发聚变，总能级为4兆焦耳 - 与以100英里/小时行驶的两吨卡车大致相同。它首先转化为2兆焦耳的紫外线，然后转化为X射线，击中胡椒大小的聚变燃料颗粒。

　　强烈的X射线导致颗粒的外层爆炸性地吹走，压缩颗粒内部并触发融合。聚变产生的热量维持反应，直到燃料耗尽或变得不平衡并摇摇欲坠