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美国能源部周二宣布了一项载入史册的核聚变成就！
位于加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory ）成功取得了核聚变的突破，这是人类历史上首次取得核聚变的突破，是人类历史上能源革命新的里程碑，也暗示着化石燃料的终结。
也是在追求近乎无限的清洁能源方面向前迈出的一步。
核聚变是为太阳和其他恒星提供动力的过程，它发生在两个原子核在极端温度下碰撞时，引起的反应可以产生令人难以置信的大量能量，而环境成本几乎为零。
自原子时代开始以来，科学家们一直试图达成可控核聚变技术，但迄今为止，核聚变反应产生的能量还没有超过产生核聚变所需的能量。
该实验室是耗资数十亿美元的“国家点火设施”（National Ignition Facility ，NIF），研究人员上周向一个被称为空腔的圆柱形目标发射了192束激光，产生了X射线辐射，辐射使一个装有氢的两种同位素氘和氚的微小金刚石胶囊发生内爆，释放出能量。
该设施的负责人金·布迪尔 (Kim Budil) 博士说，在实验中，高能激光会聚在一个胡椒粒大小的目标上，将氢胶囊加热到超过 1.8 亿华氏度，并“短暂地模拟了太阳的条件。”
能源部国家核安全管理局官员赫鲁比(Jill Hruby)在周二的发布会上表示：“我们已经向清洁能源迈出了试探性的第一步。”
但是，这一突破究竟让能源领域距离实现核聚变能源的梦想更近了多少呢?
什么是核聚变？
核聚变是为太阳提供能量的反应。这一过程涉及将两种氢同位素——通常是氘和氚——加热到极端温度，使原子核发生聚变，释放出氦和以中子形式存在的大量能量。
与核裂变不同，这个过程不会产生长期存在的放射性废物，也不排放碳。科学家估计，一小杯这种燃料可以为一所房子提供800多年的电力。核聚变技术的支持者将其描述为清洁能源的“圣杯”，是一种理论上可以提供近乎无限、零碳能源的技术。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室
不过，尽管前苏联科学家在20世纪50年代使用一种被称为“磁约束”的技术开发了第一台核聚变机器，但是在周二以前，还没有一个研究小组能够在核聚变反应中产生比所消耗能量更多的能量，这个过程被称为科学能量增益或目标增益，被视为该领域的科学里程碑。
美国做到了什么？
美国能源部下属加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的国家点火设施(NIF)的科学家们首次在核聚变反应中实现了能量增益的目标。
NIF耗资35亿美元，在2009年启用，最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器，随后被用于推进聚变能研究。
目前，磁约束仍然是研究广泛的核聚变方法，它使用巨大的磁铁将氘-氚燃料固定在适当的位置，同时将其加热到比太阳更高的温度。
但是，NIF采用了一种被称为“惯性约束”的不同技术。它使用192束激光燃烧一个微型燃料胶囊(fuel capsule)。激光将燃料加热到超过300万摄氏度，导致目标胶囊的表面燃着并产生爆炸，造成了NIF描述的“类似火箭”的内爆。这会压缩并进一步加热燃料，直到氘和氚中的氢原子融合，释放出氦和能量。
惯性约束聚变的过程
在2022年12月5日的核聚变实验中，NIF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，能量增益达到153%，超出了媒体此前报道的120%能量增益的初步结果。
人类是否已经攻克了核聚变能？
还没有。几十年来，实现能量增益一直被视为证明商业核聚变电站可行的关键一步。然而，它仍有几个障碍需要克服。
首先，实验中到能量增益只是将产生的能量与激光器中的能量进行比较，而不是与从电网中提取出为系统供电的总能量进行比较。事实上，每次发射都需要330兆焦耳的电能，以400微秒的脉冲串形式传送。
而且，NIF为激光提供动力的系统已经很旧了，也不是为了能源效率而设计的。然而，科学家们仍然估计，商业核聚变将需要产生30到100倍输入能量的聚变反应。NIF每天只能发射一次，而一个使用惯性约束聚变技术的发电厂可能需要一秒钟完成几次发射。
“这个实验清楚地证明了激光聚变的物理学是有效的，”等离子体物理学家罗比·斯科特(Robbie Scott)表示，他对NIF的研究做出了贡献，“下一步工作将包括展示更高的聚变能量增益，以及进一步开发更有效的方法来驱动内爆。”
该团队使用2.1兆焦耳的能量，创造了3.15兆焦耳能量的输出，实现了人类能源史上的重大突破。
这一突破也不会立即应用于清洁能源领域，专家表示，要将该技术应用于为发电厂提供燃料并将能量传输到美国电网，工程学上的挑战仍然存在，可能需要数年或数十年才能解决，但它表明，核聚变前景背后的基本科学概念是正确的。
按照核聚变的理论，只需要一小杯这种物质，就可以为一栋房屋供电数百年，而且不会产生碳排放。
