美國科學家公布核聚變研究取得重大突破
核聚變實驗產生的能量大於所消耗的能量。
加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家們使用高強度雷射短暫點燃了核聚變。
(圖片來源:勞倫斯利弗莫爾國家實驗室)
美國研究員取得重大突破，為核聚變供能鋪平了前進的道路，但主要問題仍然存在。
核聚變是一個產生能量的反應，它將簡單的原子核融合成更複雜的原子核，就像氫原子融合成氦原子。核聚變常發生於恆星核心，大量的分子塵埃在重力作用下坍塌，從而在新生恆心的核心產生巨大的壓力和熱量。
幾十年來科學家一直在研究核聚變，把它當作可持續發電的源泉，但未能實現。加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個團隊終於取得了重大飛躍，使在核反應堆內創造出提供能量的「恆心」成為可能。
他們在國家點火裝置（NIF）成功完成核聚變點火。12月5日該團隊執行了歷史上第一次受控核聚變實驗，也可稱為科學上能量得失平衡。這次實驗達成了新的里程碑，意味著從核聚變中產生的能量大於點燃核聚變所需的雷射能量。
該實驗用192個雷射同時轟擊一個橡皮擦大小的小球，使小球釋放出大於雷射轟擊所用的能量。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室在聲明中寫道：我們向小球發射了2.05兆焦耳（MJ）的能量，產生了3.15兆焦耳的核聚變能量輸出，超過了核融合閾值，首次證明了慣性聚變能（IFE）的根本科學基礎。
不過這並不意味著核聚變能源唾手可得，先進科學技術仍需進一步發展，使慣性聚變能項目更容易、實惠的為家庭和商業供電。美國能源部目前正在重啟一個大範圍協調合作的慣性聚變能項目，加上私營部門的投資，將推動核聚變商業化的快速進展。
儘管這只是利用核聚變獲得清潔能源的初步步驟，但團隊領導人金佰利·布迪爾（Kim Budil）博士稱讚這是一個變革性的突破。「點火是第一步，一個真正有里程碑意義的一步，為未來十年高能量密度科學和核聚變研究的轉型奠定了基礎，我已經迫不及待想看看它能把我們帶到哪裡。」他在周二的記者會上說，「核聚變能源道路上的科技挑戰令人生畏。當我們處於最佳狀態時，就能讓看似不可能的事情成為可能。」
核聚變反應的點燃就是在這樣的情況下開展的，然而目前的實驗中，反應只能維持很短的時間。在實驗中，原子融合產生的能量超過了雷射點燃反應所需的能量，這是凈能量增益的里程碑。
近幾年該實驗室的科學家進行了幾次核聚變實驗，但實驗產生的能量不足，無法取得巨大的突破。在2014年該團隊實驗產生的能量相當於讓一盞60瓦燈泡亮5分鐘。去年他們成功達成1億億瓦的功率輸出，相當於實驗所消耗能量的70%。
最近一次實驗中產生的能量比消耗的能量多了一點，這意味著在很短的時間裡，反應不依靠雷射的能量而使用自身的能量融合了更多氫原子，靠自身維持住了反應。然而據《衛報》報道，該實驗只產生了0.4兆焦耳的凈能量，大約相當於燒開一壺水所需的能量。
達成這一突破之時正值俄烏突之際，世界正努力應對衝突帶來的能源危機，尋求在不使用化石燃料的情況下，滿足可持續供能的新方法。聚變產生的能量不僅無碳排放，而且不像核裂變那樣產生有危險的放射性廢棄物。
然而紐約時報警告稱，儘管非常有前景，但該實驗只是邁向核聚變應用漫長旅途中的第一步，尚未開發出能在工業規模上啟動和維持核聚變的高效雷射，將反應能量轉為電能的技術也還沒有。
美國國家點燃實驗室主要用於未實際爆破情況下的核武器試驗。這次實驗使用了條紋法來觸發核聚變反應。大多數核聚變點燃實驗都涉及一種叫托卡馬克的特殊反應堆，一種用於儲存氫氣的環形裝置。氫氣會在托卡馬克內部被加熱，直到電子從原子核中分裂出來，產生等離子體。
雷射會將托卡馬克加熱到約540萬華氏度，使其內氣體汽化，從而產生一陣X射線。然後這些X射線加熱氘氚粒子，氫的兩種同位素。隨著粒子核心溫度升高，氫原子在核聚變的第一束光中融合成了氦原子。
BY:Tereza Pultarova
FY: 張瓜瓜
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