核聚变技术突破意味着什么

核聚变技术突破意味着什么

美国能源部12月13日称，将于周二宣布劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)研究人员取得的一项“重大科学突破”，发布人员包括美国能源部长珍妮弗·格兰霍姆(Jennifer M. Granholm)、美国国家核安全局局长吉尔·赫鲁比(Jill Hruby)等人。劳伦斯利弗莫尔国家实验室发布公告，将于美东时间13日上午10时对新闻发布会进行直播。

外界猜测，上述消息与核聚变研究相关。位于劳伦斯利弗莫尔实验室的美国国家点火装置是目前最大、最复杂的惯性约束聚变装置，主要任务是产生高能量的聚变反应，其实现要依靠激光系统中心的微型腔体和燃料胶囊的精密工程。国际原子能机构(IAEA)的资料显示，其点火装置拥有192束激光，是世界上最大的激光装置。

激光聚变是点燃核聚变反应的一种方法，是磁约束的潜在可替代方案。“一个称作‘空腔’的圆柱形金色容器里面装有包含氘-氚燃料的胶囊，利用激光加热该容器内壁，激光与空腔的相互作用产生X射线，X射线使胶囊加热并压缩，在芯块内形成一个中心热斑，在那里发生聚变反应。”国际原子能机构对该装置介绍称，为实现点火——核聚变实现完全自持的点，国家点火装置的胶囊应该释放出比其吸收的能量多30倍左右的能量。

在美国能源部发布上述消息之前几小时，《金融时报》援引知情人士说法称，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科研人员在过去两周的聚变实验中首次实现了净能量增益。“聚变反应产生了大约2.5兆焦耳的能量，大约是激光装置消耗的2.1兆焦耳能量的120%，具体数据仍在进一步分析中。”

国内核聚变研究领域专业人士对澎湃新闻表示，如果得到证实，该进展的物理意义更大，证明了除磁约束聚变之外，惯性约束聚变技术的可行性。但由于持续时间太短，这并不意味着清洁、无穷无尽的核聚变发电已经触手可及。

人类距离实现可控核聚变的实际应用还有多远?

关于这个问题，业内一直存在一种戏称：核聚变是一项距离成功“永远还有50年”的技术。

多位国内外聚变能源学者曾对澎湃新闻表示，这种说法一方面折射了核聚变科研和工程技术的难度，另一方面，也与早期人们对核聚变的研究不够深入有关：随着研究逐步推进就会发现，有很多过去没想到的技术挑战又凸显出来，攻克这些未知的挑战又需要时间。可控核聚变的科学可行性已经在上个世纪90年代得以证实，但其商业化发电依然遥远。

这种科研进程的不平坦在劳伦斯利弗莫尔国家实验室的聚变研究上可谓体现得淋漓尽致。

2021年8月，该实验室曾宣布破纪录的聚变反应——在不到一秒的时间内产生了超过10万亿瓦特的聚变功率，这一突破使得沉寂已久的美国国家点火装置再焕生机。

可是，重复该实验的尝试失败了。

据《自然》报道，“2021年8月8日那次破纪录的激光实验证明了该装置终于完成了它的主要使命，但之后多次重复实验所获得的能量最多只能达到那一次的50%。研究人员在打算进行重复时就做好了遭遇挫折的准备，因为这个庞然大物目前正在聚变‘点火’的临界点运行——此时，不同实验间微小、偶然的差异都会对结果造成巨大影响。尽管如此，对很多人来说，对去年8月实验的重复失败显示出研究人员目前仍无法精准理解、操纵和预测这类高能实验。”

核聚变是什么?

核聚变(nuclear fusion)，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下(如超高温和高压)，只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。

这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。科学家正在努力研究可控核聚变，核聚变可能成为未来的能量来源。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核，所以核聚变燃料是无穷无尽的。 人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。