美国“人造太阳”获突破：激光引发核聚变产生能量

腾讯新闻

图为美国可控核聚变项目使用的反应炉

据新华网报道，美国研究人员在受控核聚变的实验中取得一项关键进展，首次在核聚变实验“点火”时实现了能量“盈余”。

人类已经实现了不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想让这种核聚变能量被有效利用，即实现受控核聚变（俗称“人造太阳”），条件却非常苛刻。

核物理学的一项新进展使核聚变能源正在“升温”。2月13日发表在英国《自然》杂志上的论文称，美国国家点火装置的科学家现已通过实验证明，核聚变反应释出的能量比燃料（用于引发核聚变反应）吸收的能量多。这项发现标志着核聚变能源将步入新时代，研究的下一个目标将会是实现“总增益”，即系统产生的能量必须超过进入系统的能量。

惯性约束核聚变是一种产生核聚变能量的方法，其操作原理是把燃料芯块的温度提高，从而引发内爆和燃料压缩。实现受控核聚变条件比较苛刻，输出能量大于输入能量要求密度和约束时间的乘积达到一定要求。

而美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室拥有的世界最大激光器——被称为“人造太阳”的美国国家点火装置（NIF），其有能力产生类似恒星内核的热与力。尽管设计初衷是用来模拟核爆，属于美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分，但该装置自落成起就让世人广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。人类能于实验室中获得“取之不尽用之不竭”核聚变能源，这在以前是想都不敢想的事。

相比世界范围其他类似计划，NIF主打的卖点在于其计划成为“第一个突破平衡点”的设施。这个突破平衡点，即指产生的能量大于启动它所需要的能量，也是所谓“能量增益”。这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。

★用192支激光激发核聚变

此次通过国家点火装置，劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的奥马尔·哈瑞肯教授及其科研团队在惯性约束聚变中成功克服障碍，实现了“燃料增益”。在实验中，他们使用192支激光，替一颗燃料芯块进行加热和压缩直至核聚变反应发生。研究结果表明，核聚变反应产生的能量，大约是以前纪录的10倍。

据腾讯科技报道，研究人员报告说，他们在实验中先将极少量的氢同位素核燃料均匀地裹在一个直径2毫米的球状颗粒上，核燃料的厚度仅相当于一根头发丝，然后将小球装入一个微型“胶囊”。研究人员利用激光将“胶囊”迅速加热到比太阳还高的温度，使其内部发生剧烈爆炸，最终释放出的能量超出了整个实验所投入的能量，首次在完成“点火”时实现了能量“盈余”。

研究人员介绍说，此前的实验中发生内爆后球状颗粒通常会变形，降低了能量持续产生的效率，而他们取得这一新进展的关键在于更加精准地控制了核燃料在球状颗粒表层的铺设，使核聚变中产生的氦原子核可将能量再次转移至核燃料中，引发进一步的核聚变反应，从而产生更多能量。

但论文作者提醒，这次观察到的“燃料增益”，是指核聚变能量高于燃料中能量，而不是用于压缩燃料芯块的总能量。

据英国BBC网站此前报道，他们已了解到去年9月下旬该装置通过核聚变反应释出的能量超过了燃料吸收的能量。这是世界第一台能将其得以实现的装置，被认为是最终目标达成前的一个重要里程碑。但当时实验过程中遇到了一些障碍。