勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里的工作人員在作業(yè)。
12月13日，美國(guó)能源部官員宣布了美國(guó)核聚變研究的一項(xiàng)“里程碑式”的成就——勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室“國(guó)家點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)設(shè)施”激光核聚變點(diǎn)火成功，首次實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”，即聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量大于促發(fā)該反應(yīng)的鐳射能量。
據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月5日上午1時(shí)03分，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室使用192束強(qiáng)大的激光束擊中了只有胡椒大小的氫同位素固體目標(biāo)，在不到100萬(wàn)億分之一秒的瞬間向目標(biāo)輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，能量增益達(dá)到1.5倍。
在實(shí)現(xiàn)此次成果之前，多年來(lái)該實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家一直在探索如何利用激光使氫原子發(fā)生核聚變，過(guò)程一波三折。實(shí)驗(yàn)室使用的點(diǎn)火裝置耗費(fèi)35億美元，但自2009年投入使用以來(lái)，該設(shè)施前幾年幾乎沒(méi)有成功產(chǎn)生任何核聚變反應(yīng)，直到2014年才獲得些許成功，產(chǎn)生了相當(dāng)于一個(gè)60瓦的燈泡在5分鐘內(nèi)消耗的能量。2021年8月，該設(shè)施在一次聚變反應(yīng)中產(chǎn)生了1.37兆焦耳的能量，約為那次所使用的激光能量的70%，是之前世界上最接近凈能量增益的一次。
報(bào)道稱，核聚變之所以備受關(guān)注，是因?yàn)樗哂刑娲剂虾推渌尫艤厥覛怏w的能源的巨大潛力。核聚變是全世界能源發(fā)展的前沿方向，由于其燃料來(lái)自海水、效率是化石能源的千萬(wàn)倍、沒(méi)有長(zhǎng)期的核廢料、沒(méi)有碳排放等特點(diǎn)，被視為未來(lái)社會(huì)的“終極能源”。如果人類可以掌控核聚變產(chǎn)生的能量，就能擺脫目前地球的能源與環(huán)境危機(jī)的困擾。
但在目前，想廣泛應(yīng)用核聚變技術(shù)依然任重而道遠(yuǎn)。目前作為點(diǎn)火設(shè)施的激光器效率非常低。據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》分析指出，該激光點(diǎn)火裝置建造于幾十年前，設(shè)計(jì)用途是基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而非發(fā)電。因此，它平均每周只能發(fā)射約10次，而一個(gè)激光核聚變發(fā)電廠必須做到每秒發(fā)射約10次，才能提供合理的電力輸出。
此外，現(xiàn)有點(diǎn)火裝置所消耗的能量仍然遠(yuǎn)超聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量。盡管在最新的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家使用2.05兆焦耳的能量產(chǎn)生了153%的能量增益，但為了產(chǎn)生這短暫的激光脈沖，點(diǎn)火裝置一共需要消耗超過(guò)300兆焦耳的能量，并且當(dāng)下僅1.5倍的能量增益率依然離建造發(fā)電廠需要的30倍至100倍增益率有很長(zhǎng)的距離。
不過(guò)，該突破畢竟使人類在實(shí)現(xiàn)零碳排放能源之路上前進(jìn)了一步。勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任金·布迪爾(Kim Budil)13日在新聞發(fā)布會(huì)上表示，“我們過(guò)去常說(shuō)(核聚變廣泛使用)還需要50年，但我認(rèn)為現(xiàn)在不需要了。通過(guò)持續(xù)的努力和投入，基礎(chǔ)技術(shù)研究再過(guò)幾十年就可以讓我們到建造發(fā)電廠的程度。”
報(bào)道稱，除了在能源領(lǐng)域，首次核聚變點(diǎn)火成功的成果還將體現(xiàn)在軍事方面，用以保持美國(guó)的核威懾力。本次激光核聚變點(diǎn)火成功意味著人類首次實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)點(diǎn)燃熱核燃料。在此次核聚變反應(yīng)發(fā)生的瞬間，輸出的能量功率達(dá)30000萬(wàn)億瓦，接近于一個(gè)核武器爆炸輸出的能量功率。由于美國(guó)自1992年便停止地下核試驗(yàn)，核聚變實(shí)驗(yàn)將為美國(guó)核武器研究提供更多數(shù)據(jù)。
