美國能源部13日宣布，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的國家點(diǎn)火裝置(NIF)首次實(shí)現(xiàn)了所謂的“能量凈增益”擦蚣，即核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過輸入的能量峡蓖。美國媒體對(duì)此給予高度稱贊，將其形容為“幫助人類在實(shí)現(xiàn)零碳排放能源的進(jìn)程中邁出關(guān)鍵一步”掠廓。長期以來换怖，可控核聚變被視為解決人類能源供應(yīng)問題的終極解決方案。美國在該領(lǐng)域取得的這項(xiàng)重大突破蟀瞧，是否意味著人類即將徹底解決能源危機(jī)?

清潔能源的“圣杯”?

根據(jù)美國能源部和國家核安全局發(fā)布的聯(lián)合聲明沉颂，NIF一直在嘗試用高能激光轟擊核聚變材料，借助激光產(chǎn)生的高溫高壓實(shí)現(xiàn)核聚變悦污。12月5日铸屉，該研究團(tuán)隊(duì)將2.05兆焦的激光聚焦到核聚變材料上，產(chǎn)生了3.15兆焦的能量切端，能量增益首次大于1彻坛，達(dá)到了“點(diǎn)火”標(biāo)準(zhǔn)。

美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)稱踏枣，盡管單從數(shù)據(jù)上看昌屉，這次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的能量“只夠燒開10壺水”，但它的意義非常重大茵瀑。根據(jù)核聚變反應(yīng)的勞森準(zhǔn)則间驮，當(dāng)核聚變的能量產(chǎn)出率大于能量損耗率，并且有足夠的能量被系統(tǒng)捕獲和利用姻眼，就可以被稱為“點(diǎn)火成功”团春。但在過去幾十年中，這一直是科學(xué)家們未能實(shí)現(xiàn)的夢想娄缴。NIF從2010年開始正式的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)兔卤，用了10多年時(shí)間才夢想成真。

科學(xué)家在美國國家點(diǎn)火裝置內(nèi)部進(jìn)行檢查摊梯。

中國工程院院士杜祥琬14日接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)解釋說云盲，美國此次公布的“激光可控核聚變點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)”可以通俗地理解為，NIF設(shè)置了一個(gè)“小靶子”杀乃，“靶子”中有熱核材料球逢，然后利用高能激光照射“小靶子”，點(diǎn)燃里面的熱核材料產(chǎn)生核聚變碳环，最后輸出的能量就是核聚變能矮蘑。這次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了“產(chǎn)生的核聚變能大于輸入的激光能”废奖，這是一個(gè)重大的進(jìn)步，具有科學(xué)意義置塘，但是離實(shí)現(xiàn)高增益還有距離内地。

杜祥琬還指出，該實(shí)驗(yàn)的定位也不是商用的能源裝置赋除，美國此次開展的激光能可控核聚變阱缓，根本目的是研究核武器相關(guān)的物理問題。

據(jù)介紹举农，美國國家點(diǎn)火裝置由美國能源部下屬管理核武器的國家核安全局負(fù)責(zé)運(yùn)行荆针，它的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)能產(chǎn)生高能量的聚變反應(yīng)，并為美國核武器儲(chǔ)備的維護(hù)提供指導(dǎo)颁糟。這可以幫助美國繞過因《全面禁止核試驗(yàn)條約》而停止的地下核試驗(yàn)航背，轉(zhuǎn)而以較小的規(guī)模進(jìn)行核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，并從中收集數(shù)據(jù)滚停。LLNL的武器物理和設(shè)計(jì)項(xiàng)目主任馬克·赫爾曼表示沃粗，該實(shí)驗(yàn)本身就創(chuàng)造了非常極端的環(huán)境，更加接近于核武器爆炸键畴。

現(xiàn)在有兩條技術(shù)路徑

據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的定義最盅，核聚變反應(yīng)是較輕的原子核結(jié)合成較重的原子核，這一過程會(huì)釋放出巨大能量起惕。盡管人類早就通過氫彈驗(yàn)證了核聚變蘊(yùn)含的巨大能量涡贱，但在可控核聚變方面卻始終進(jìn)展緩慢，這是因?yàn)楹司圩冃枰獦O高的溫度和壓力條件才能進(jìn)行牌骚。

杜祥琬介紹說翎女，為實(shí)現(xiàn)核聚變的條件，當(dāng)前可控核聚變主要分為兩條技術(shù)路徑缘荧。其中之一是高功率激光作為驅(qū)動(dòng)器的慣性約束核聚變酸飞，代表就是美國國家點(diǎn)火裝置。它是世界上最大的激光裝置蒿榄，造價(jià)高達(dá)35億美元央封，可以動(dòng)用近200臺(tái)激光器產(chǎn)生的高能激光集中轟擊一個(gè)微小的核聚變材料靶標(biāo)，以啟動(dòng)核聚變反應(yīng)夹昼。杜祥琬透露徐渗，中國也有類似的高能激光裝置。公開材料顯示帘达，中科院與中物院聯(lián)合研制的“神光II”型高能量聚變激光器已于2000年建成投入運(yùn)行店麻。

而另一條技術(shù)路徑是磁約束聚變，即用磁場約束超高溫和高壓的聚變物質(zhì)。這個(gè)路線的主攻方向是托卡馬克裝置坐求。杜祥琬表示蚕泽，其典型代表是位于法國南部的“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)”，中國是這項(xiàng)計(jì)劃的重要參與國瞻赶。此外中國還在合肥赛糟、成都建造有自己的托卡馬克裝置，它們承擔(dān)的就是開展獲取可控核聚變能源的實(shí)驗(yàn)砸逊。

杜祥琬表示，對(duì)于可控核聚變的兩種不同技術(shù)路線掌逛，學(xué)界的主流認(rèn)識(shí)認(rèn)為师逸，托卡馬克裝置離實(shí)現(xiàn)商用級(jí)可控核聚變更有希望。

距離實(shí)用化還有多遠(yuǎn)?

美國能源部部長格蘭霍姆表示豆混，核聚變的商業(yè)化或許可能會(huì)在未來的“幾個(gè)十年”內(nèi)實(shí)現(xiàn)篓像，大概率不會(huì)是之前預(yù)計(jì)的“五六十年”，但科學(xué)界普遍對(duì)于可控核聚變的商業(yè)化前景持謹(jǐn)慎態(tài)度皿伺。英國《金融時(shí)報(bào)》稱员辩，盡管該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的能量比激光器輸入的能量高，但光是激光器運(yùn)行就需要約300兆焦的能量鸵鸥，就整個(gè)系統(tǒng)而言企电，產(chǎn)生的能量仍微不足道。此外护忠，從聚變熱能轉(zhuǎn)化為電力的過程中還會(huì)有能量損失乃筐，“因此可以說，國家點(diǎn)火裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一項(xiàng)科學(xué)上的成功前茧，但離提供可用的玄饶、充足的清潔能源還有很長一段路要走。”美國《華盛頓郵報(bào)》稱丰浙，如果要制造足夠大的設(shè)備大規(guī)模產(chǎn)生核聚變能量李腐，將需要極其難以生產(chǎn)的材料。同時(shí)袄映，反應(yīng)產(chǎn)生的中子會(huì)給設(shè)備帶來巨大壓力憎苦，令其在反應(yīng)過程中被摧毀。

杜祥琬表示芳企，人類離實(shí)現(xiàn)可控核聚變的實(shí)用化烛蘑，也就是造出所謂的“人造太陽”，現(xiàn)在還有距離造过，但要強(qiáng)調(diào)的是唱较，人類離實(shí)現(xiàn)這一愿景并沒有原理性的障礙，我們已經(jīng)看到全人類為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)取得了許多技術(shù)進(jìn)步和突破召川。“至于還要多久才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)南缓，有業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為還需要二三十年胸遇，我認(rèn)為可能需要的時(shí)間更長一點(diǎn)，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜以鴮?duì)我說過一句話汉形，核聚變能發(fā)電纸镊，點(diǎn)燃的第一盞燈會(huì)在中國亮起，對(duì)此我很贊賞概疆，相信本世紀(jì)我們一定可以實(shí)現(xiàn)這一夢想逗威。”