《机动战姬聚变》摩根强度怎么样？，

美国聚变突破意味着什么？这只是炒作吗？

2022 年 12 月13日星期二，美国能源部和劳伦斯利弗莫尔国家实验室宣布，国家点火装置(NIF) 的聚变机已实现净能量增益。换句话说，他们启动的聚变反应产生的能量多于启动该过程所投入的能量。

这一消息被誉为一项突破并得到了广泛的媒体报道，但批评人士指出，释放的能量微乎其微，我们距离将任何聚变电并入电网还有很长的路要走。

那么为什么所有的炒作？真的有这么大的事吗？

融合之梦

聚变是太阳和恒星产生能量的方式——通过将小粒子（原子核）结合在一起形成更大的粒子。地球上的聚变能将提供丰富的、低碳的、按需提供的电力来补充可再生能源，还可以用于为工业提供热量、产生氢气或用于海水淡化，从而解决一些最难脱碳的行业。它将提供一个长期的清洁能源解决方案，因此非常有吸引力。

因为它是恒星的能量来源，聚变需要极端条件才能发生——比如数亿度的温度——所以在地球上很难做到。这就是为什么 NIF 的突破如此受人瞩目。

实验室或私营公司正在研究多种不同的聚变方法。政府资助的主流方法要么使用磁场将热的带电燃料从机器壁上捕获，要么使用激光射向微小的燃料颗粒以将其压缩到聚变条件。

什么是“突破”？

NIF 采用的聚变方法是惯性约束聚变，其中一小块聚变燃料被压缩到聚变所需的高密度和温度。为此，NIF 使用由 192 束激光束产生的 X 射线击中铅笔橡皮擦大小的金罐并会聚在比胡椒粒还小的燃料颗粒上。

2.05 兆焦耳 (MJ) 的能量被输送到燃料芯块，3.15 兆焦耳的能量在聚变反应中释放，能量增益为 1.5 或 150%。

自然会有一些怀疑。3.15MJ只是微不足道的能量，足以烧开几壶。此外，激光需要几百兆焦耳才能运行，所以如果你考虑到这一点，它们离“工程”盈亏平衡点还很远。从真正的聚变能源到电网，我们还有很长的路要走。那么这真的是一个重大突破吗？

是的。

NIF 融合结果意味着什么

几十年来，该行业一直在努力实现收支平衡。这就是他们所说的“小鹰”时刻或“莱特兄弟”时刻，将其与飞机的首次起飞进行比较。

这个结果——净能量增益的实现——如此重要的原因是它证明了地球上的聚变能在发电厂的背景下是可能的。这不仅仅发生在太阳或核试验中；它可以在聚变装置中以受控方式发生。随着科学可行性的证明，它开辟了商业聚变开发的途径。它使这些重大的工程挑战值得去追求。

“这是惯性聚变动力方案的基本组成部分，”劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任 Kim Budil 博士说。

美国能源部长 Jennifer M. Granholm 说：“这表明它是可以做到的。它使他们能够开始研究能够使核聚变达到商业规模的事情。” 她补充说：“今天的宣布是朝着总统在十年内实现商业融合的目标迈出的一大步。”

英国科学大臣乔治弗里曼谈到这一成就时说：“这是一个了不起的结果，证明了聚变能的非凡潜力，应该祝贺国家点火装置团队取得的杰出成就。我很自豪 BEIS 资助的 Central Laser Facility 也能够在支持这项工作中发挥作用。

“虽然大规模提供聚变发电还有一段路要走，但像这样的结果表明，未来有一条可行的商业聚变能源途径，英国在这项工作的基础上处于领先地位，朝着清洁能源发展未来。”

美国能源部首席聚变协调员 Scott Hsu 表示：“这一成就有望让人们更多地关注聚变的前景，以及尽快应对剩余科技挑战所需的支持。”

他们可能还没有，但这一结果将增加该行业已经增长的势头。它将加快发展。

不断发展的融合产业

我在 7 月份报道了聚变能源行业的巨大增长。迄今为止，已有 30 多家私营核聚变公司获得了约 50 亿美元的投资。尤其是美国和英国政府越来越支持核聚变，并开始促进国家实验室与私营核聚变公司之间的更大合作，例如新的美国里程碑式公私合作计划（5000 万美元）和英国核聚变行业计划（4210 万英镑）。

私营公司正在使用更新的技术，有时甚至是新颖的方法来开发商业聚变解决方案。在证明基础科学方面，NIF 结果使整个行业受益，尽管它对惯性聚变社区来说尤其令人兴奋。

“这是国家实验室的作用——证明科学是有效的。现在私营公司的工作是将其转化为具有商业意义的东西，”托卡马克能源公司商务总监罗斯摩根说。“我们可以通过使用私人资金并承担更多风险来更快地做到这一点。”

下一步是什么？

前面有许多工程挑战，包括提高激光效率和重复率，开发系统以利用产生的中子能量和增殖氚，以及研究改进的材料以延长发电厂的使用寿命。公共实验室，如英国卡勒姆聚变能源中心，已经在建立设施来应对这些挑战，通常是与私营部门合作。许多私营公司都致力于电厂设计，通常会开发规避最困难挑战的方法。

First Light Fusion 的首席执行官 Nick Hawker 在Twitter 上写了一篇很好的帖子，解释了 NIF 结果对他的公司的重要性，并评论了发电站的进展。

“这里有通往发电厂的清晰路径，”他说。“NIF 激光太贵了。其他方法仍然需要降低成本，但更接近。英国中央激光设备的偶极子概念就是一个例子。

“同样非常清楚的是，具有成本竞争力的电力生产需要什么。对于激光方法，驱动器和目标成本需要下降，目标室的生存能力需要提高。”

霍克对结果很满意。“对于 First Light Fusion 来说，这是一个巨大的风险。我们方法的核心物理原理完全相同…… 这是一个圣杯时刻。我在嗡嗡作响，”他说。

虽然在我们看到聚变发电厂为电网发电之前还有很多工作要做，但这是一个巨大的里程碑，确实是该行业的突破性成果。这是一项值得庆祝的历史性成就。