美国国家点火装置在无限聚变能源的道路上迈出了一大步

2021-08-19 11:35:30 来源：中国科学报

NIF的192束激光束进入一个橡皮擦大小的金圆柱体，从内部加热产生X射线，使燃料舱内爆，产生核聚变。

近日，美国国家点火装置（NIF）在无限聚变能源的道路上迈出了一大步。一束激光在一个胡椒粒大小的燃料容器中引发核聚变爆炸，产生了1.35兆焦耳（MJ）能量——大约相当于一辆时速160公里的汽车的动能。这一能量达到触发该过程的激光脉冲能量的70%，意味着接近核聚变“点火”，即反应产生的能量足以使反应持续下去。

罗切斯特大学激光能量学实验室主任、物理学家Michael Campbell表示，NIF的最新成果“证明了少量能量使少量质量内爆，就可以实现核聚变”。

为恒星提供能量的核聚变使小原子核融合成更大的原子核，释放出大量能量，但核聚变所需的热量和压力在地球上很难实现。即便如此，由于能提供丰富的清洁能源，核聚变一直备受关注。然而，目前还没有项目能实现产生的能量超过引起反应所需的能量。

NIF的方法被称为惯性约束聚变，它使用一个巨大的激光器，在几个橄榄球场大小的设施中产生192束激光束，这些激光束在20纳秒内以短暂、强大的脉冲（1.9MJ）聚焦于目标。研究人员希望将尽可能多的能量注入目标容器—— 一个装在橡皮擦大小圆柱体内的小球体，里面充满了氘和氚。

当X射线脉冲在容器中引发内爆，把聚变燃料变成一个温度高、密度大的小球时，便触发核聚变。理论上，如果这种微小的核聚变爆炸能以每秒10次左右的速度触发，那么发电厂就可以收集能量并发电。

今年早些时候，NIF团队对实验过程进行了改进，实现了几次能量达100千焦（kJ）的反应。NIF最终创造了一个“燃烧的等离子体”，并向聚变反应本身为更多聚变提供热量这一目标迈进。近日，一次反应产生了惊人的1.35MJ能量。“这是一个全新的开始。”负责运行NIF的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室核聚变项目负责人Mark Herrmann说。

但研究人员表示，究竟是哪些改进产生了最大的影响，仍需要一段时间才能弄清楚。同时，离实现核聚变发电厂的构想还有很长的路要走。Campbell说：“在实验室里进行核聚变已经非常困难，要经济地获得核聚变动力就更难了。”

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