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人类核聚变将进入“可行”时代
12月13日，美国能源部向外界正式宣告，其下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）科研人员实现了“核聚变点火”，称这一“重大科学突破”将为国防及清洁能源未来发展奠定基础。这个实验在人类能源史上竖起了一块里程碑。自上世纪六十年代初提出激光惯性约束聚变以来，这是人类首次实现“输出超过输入”的能量，核聚变这种人类迄今所知的终极清洁能源，终于从“可能”的梦想变成了“可行”的实践。
美宣布核聚变实验取得重大突破
美国能源部在一份声明中说，12月5日，科研人员在劳伦斯利弗莫尔国家实验室“国家点燃实验设施（下称NIF）”进行了历史上首次可控核聚变实验，意味着核聚变实验中产生的能量多于用于驱动核聚变的激光能量。这一实验将为推动清洁能源发展提供宝贵见解，有助于实现零碳经济目标。
核聚变是太阳和恒星的能量来源。在这些星体核心的巨大热量和重力下，氢原子核相互碰撞，聚合成更重的氦原子，并在此过程中释放出大量能量。与其他核反应不同，核聚变不会产生放射性废物。核聚变技术有望为人类提供近乎无限的清洁能源，帮助人类摆脱对化石燃料的依赖。
据美能源部介绍，“国家点燃实验设施”是全球最大、能量最高的激光系统，其使用超强激光束来产生与恒星和巨型行星核心以及核武器内部相当的温度和压力。
美国国家核安全管理局副局长马文·亚当斯介绍说，激光束将大量热量集中在一个微型球形胶囊上，结果是一个过热的等离子体环境，其中反应产生的能量比用于产生它的激光中所包含的能量多，约为1.5倍。
美能源部称，此次核聚变实验中，“国家点燃实验设施”向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，首次展示了惯性约束核聚变的最基本科学原理。该技术利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力，来引发核聚变反应。
美能源部表示，要实现将方便、可负担的惯性约束核聚变技术应用于为家庭和企业发电的目标，仍需要进行大量先进的科学和技术实验。美能源部正在重启一项惯性约束核聚变发展计划，将与私营部门协调合作，推动核聚变商业化的快速发展。
人类激光聚变进入“可行”时代
“这是激光聚变历史上划时代的一天，也是经历了几十年的屡败屡战之后，惯性聚变能的科学基础首次得到了证实。”看到新闻后，多年从事激光聚变研究的中国科学院上海光学精密机械研究所研究员朱健强感到兴奋，“激光聚变一直不成功，大家都承受了太大的压力，如今终于看到了曙光！”
可控核聚变是人类获得清洁能源的终极梦想。目前，世界上实现可控核聚变主要有两条途径，一是磁约束核聚变，就是俗称“人造太阳”的托卡马克装置，迄今公认的聚变能量增益值纪录为0.67，尚未冲破1的平衡点；二是激光聚变点火，即使用高功率激光触发核聚变。
过去，由于核聚变发生的条件实在过于苛刻，激光所用的能量往往高于聚变反应产生的能量，最多也只是打平——这就让整个系统如同一个效益不佳的工厂，压根无法可持续运营。
据介绍，NIF的这次实验主要对激光调控和靶丸设计进行了特别改进。“美国同行成功解决了能量与功率的平衡等诸多难题，这些年不断在提高系统稳定性上，将器件性能推向极致。”朱健强提到，美国科学家有一种攻关思维叫“营地战术”，用分解问题的思路来攻坚物理学难题，瞄准目标，汇聚欧美最顶尖的智慧，不断寻找一种方法与途径，逐步逼近目标，最终率先实现了净能量增益这一目标。
核聚变商用堆将成“兵家必争之地”
“为核聚变能源提供技术途径”在美国此次的新闻发布会上被反复提及。有专业人士认为，未来几十年，该领域势必成为世界各国的竞争焦点，而核聚变商用堆则会成为下一个“兵家必争之地”。
核聚变领域有个“还有50年”的老笑话，指的是实现聚变能似乎总是遥遥无期。而如今，这个笑话已成为历史，取而代之的是从各国政府到商业领域的热切追捧。
美国政府在今年11月发布的白宫报告《美国创新实现2050年气候目标》中，将核聚变能源列为五个首要任务之一，并将核聚变能源列为重要的国家安全问题。美国能源部也已明确地鼓励私人公司和研究机构参与核聚变研究，并将全力推进核聚变能源的商业化。
在核聚变的另一路线——磁约束核聚变领域，日本已在今年正式运行了新一代热核聚变实验装置JT-60SA，该装置将成为世界最大的超导托卡马克等离子体实验装置。英国也将投入3亿美元，在2024年完成球形托卡马克STEP设计，并计划于2040年完成建设运行。而位于安徽合肥的中国托卡马克装置EAST今年初已实现1.2亿度101秒等离子体运行。
朱健强认为，目前科学家还刚实现了激光聚变的第一步，聚变能真正要达到商用阶段，可能还需要几十年的努力。“但是，先进的聚变技术在发展过程中，就会对经济起到巨大的推动作用。”他以上海光机所为例，仅在研究所所在的嘉定地区所拥有的光电产业规模年产值就超过100亿元。
中国“点火”有望未来五年实现
兴奋之余，朱健强与同事也感受到了压力。
从上世纪六十年代起，我国老一辈科学家就开始了我国激光装置的开拓，并对激光聚变点火装置进行布局。在“究竟能不能做成”的质疑中摸爬滚打多年，目前我国的激光聚变装置也已取得了长足发展，“中国点火成功，只是时间问题。”朱健强透露，目前国内的激光器规模比美国的小，“我们会在三至五年内达到美国点火装置的规模，届时就能开展大规模实验冲击点火，很可能未来三五年就可实现目标”。
我国激光聚变领域泰斗、中国工程院院士范滇元认为，NIF的成功给整个聚变领域树立起了信心。“接下来，降低点火的门槛，提高能量增益效率，会成为攻关的重点。”他提到，中国的科学家已经提出了非常有价值的方案。
目前，NIF使用的点火方案是间接点火，而中国激光聚变装置则采用直接点火。朱健强透露，中国科学院已于2020年成立先导专项，由中科院院士张杰领衔，攻关更加高效的点火技术。这种技术被称为“快点火”，理论上可以使聚变点火所需的能量下降十倍。范滇元认为，虽然核聚变净能量增益的“0到1”被美国科学家拔得头筹，但将增益率提升到10、100的过程中，中国科学家一定会有所建树。
美宣布核聚变实验取得重大突破
美国能源部在一份声明中说，12月5日，科研人员在劳伦斯利弗莫尔国家实验室“国家点燃实验设施（下称NIF）”进行了历史上首次可控核聚变实验，意味着核聚变实验中产生的能量多于用于驱动核聚变的激光能量。这一实验将为推动清洁能源发展提供宝贵见解，有助于实现零碳经济目标。
核聚变是太阳和恒星的能量来源。在这些星体核心的巨大热量和重力下，氢原子核相互碰撞，聚合成更重的氦原子，并在此过程中释放出大量能量。与其他核反应不同，核聚变不会产生放射性废物。核聚变技术有望为人类提供近乎无限的清洁能源，帮助人类摆脱对化石燃料的依赖。
据美能源部介绍，“国家点燃实验设施”是全球最大、能量最高的激光系统，其使用超强激光束来产生与恒星和巨型行星核心以及核武器内部相当的温度和压力。
美国国家核安全管理局副局长马文·亚当斯介绍说，激光束将大量热量集中在一个微型球形胶囊上，结果是一个过热的等离子体环境，其中反应产生的能量比用于产生它的激光中所包含的能量多，约为1.5倍。
美能源部称，此次核聚变实验中，“国家点燃实验设施”向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，首次展示了惯性约束核聚变的最基本科学原理。该技术利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力，来引发核聚变反应。
美能源部表示，要实现将方便、可负担的惯性约束核聚变技术应用于为家庭和企业发电的目标，仍需要进行大量先进的科学和技术实验。美能源部正在重启一项惯性约束核聚变发展计划，将与私营部门协调合作，推动核聚变商业化的快速发展。
人类激光聚变进入“可行”时代
“这是激光聚变历史上划时代的一天，也是经历了几十年的屡败屡战之后，惯性聚变能的科学基础首次得到了证实。”看到新闻后，多年从事激光聚变研究的中国科学院上海光学精密机械研究所研究员朱健强感到兴奋，“激光聚变一直不成功，大家都承受了太大的压力，如今终于看到了曙光！”
可控核聚变是人类获得清洁能源的终极梦想。目前，世界上实现可控核聚变主要有两条途径，一是磁约束核聚变，就是俗称“人造太阳”的托卡马克装置，迄今公认的聚变能量增益值纪录为0.67，尚未冲破1的平衡点；二是激光聚变点火，即使用高功率激光触发核聚变。
过去，由于核聚变发生的条件实在过于苛刻，激光所用的能量往往高于聚变反应产生的能量，最多也只是打平——这就让整个系统如同一个效益不佳的工厂，压根无法可持续运营。
据介绍，NIF的这次实验主要对激光调控和靶丸设计进行了特别改进。“美国同行成功解决了能量与功率的平衡等诸多难题，这些年不断在提高系统稳定性上，将器件性能推向极致。”朱健强提到，美国科学家有一种攻关思维叫“营地战术”，用分解问题的思路来攻坚物理学难题，瞄准目标，汇聚欧美最顶尖的智慧，不断寻找一种方法与途径，逐步逼近目标，最终率先实现了净能量增益这一目标。
核聚变商用堆将成“兵家必争之地”
“为核聚变能源提供技术途径”在美国此次的新闻发布会上被反复提及。有专业人士认为，未来几十年，该领域势必成为世界各国的竞争焦点，而核聚变商用堆则会成为下一个“兵家必争之地”。
核聚变领域有个“还有50年”的老笑话，指的是实现聚变能似乎总是遥遥无期。而如今，这个笑话已成为历史，取而代之的是从各国政府到商业领域的热切追捧。
美国政府在今年11月发布的白宫报告《美国创新实现2050年气候目标》中，将核聚变能源列为五个首要任务之一，并将核聚变能源列为重要的国家安全问题。美国能源部也已明确地鼓励私人公司和研究机构参与核聚变研究，并将全力推进核聚变能源的商业化。
在核聚变的另一路线——磁约束核聚变领域，日本已在今年正式运行了新一代热核聚变实验装置JT-60SA，该装置将成为世界最大的超导托卡马克等离子体实验装置。英国也将投入3亿美元，在2024年完成球形托卡马克STEP设计，并计划于2040年完成建设运行。而位于安徽合肥的中国托卡马克装置EAST今年初已实现1.2亿度101秒等离子体运行。
朱健强认为，目前科学家还刚实现了激光聚变的第一步，聚变能真正要达到商用阶段，可能还需要几十年的努力。“但是，先进的聚变技术在发展过程中，就会对经济起到巨大的推动作用。”他以上海光机所为例，仅在研究所所在的嘉定地区所拥有的光电产业规模年产值就超过100亿元。
中国“点火”有望未来五年实现
兴奋之余，朱健强与同事也感受到了压力。
从上世纪六十年代起，我国老一辈科学家就开始了我国激光装置的开拓，并对激光聚变点火装置进行布局。在“究竟能不能做成”的质疑中摸爬滚打多年，目前我国的激光聚变装置也已取得了长足发展，“中国点火成功，只是时间问题。”朱健强透露，目前国内的激光器规模比美国的小，“我们会在三至五年内达到美国点火装置的规模，届时就能开展大规模实验冲击点火，很可能未来三五年就可实现目标”。
我国激光聚变领域泰斗、中国工程院院士范滇元认为，NIF的成功给整个聚变领域树立起了信心。“接下来，降低点火的门槛，提高能量增益效率，会成为攻关的重点。”他提到，中国的科学家已经提出了非常有价值的方案。
目前，NIF使用的点火方案是间接点火，而中国激光聚变装置则采用直接点火。朱健强透露，中国科学院已于2020年成立先导专项，由中科院院士张杰领衔，攻关更加高效的点火技术。这种技术被称为“快点火”，理论上可以使聚变点火所需的能量下降十倍。范滇元认为，虽然核聚变净能量增益的“0到1”被美国科学家拔得头筹，但将增益率提升到10、100的过程中，中国科学家一定会有所建树。