可控核聚變突破沒(méi)帶來(lái)實(shí)用化，只是漫長(zhǎng)道路上的一小步 _托卡馬克

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選自wired
作者：Gregory Barber
機(jī)器之心編譯
編輯：澤南
【可控核聚變突破沒(méi)帶來(lái)實(shí)用化，只是漫長(zhǎng)道路上的一小步】

美國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了人類長(zhǎng)期追求的聚變點(diǎn)火目標(biāo)——但不要指望這種技術(shù)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)供電。

12 月 5 日，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的鍍金鼓內(nèi)，一組科學(xué)家精巧地重現(xiàn)了為太陽(yáng)提供動(dòng)力的物理學(xué) 。
這項(xiàng)深夜進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)包括向膠囊發(fā)射 192 束激光，膠囊中裝有一個(gè)裝滿氫原子的胡椒粒大小的顆粒。其中一些通常相互排斥的原子被擠壓在一起并融合在一起，完成一個(gè)產(chǎn)生能量的過(guò)程。

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LLNL 國(guó)家點(diǎn)火裝置的靶室包含 192 束紫外線激光束，能夠?qū)⒊^(guò) 2 兆焦耳的能量輸送到單個(gè)微型燃料顆粒中。
按照地球聚變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) ，這是大量的能量。多年來(lái)，科學(xué)家們一直在進(jìn)行這種類型的實(shí)驗(yàn) ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的能量還不足以供給維持系統(tǒng)本身。這一次，人們終于實(shí)現(xiàn)了正循環(huán) 。
這一壯舉被稱為點(diǎn)火，對(duì)于那些研究聚變的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的勝利。人們只需仰望星空，就知道這種能量來(lái)源是可能的——將兩個(gè)氫原子結(jié)合產(chǎn)生一個(gè)氦原子會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量損失，根據(jù)著名的 E = mc^2 公式釋放出巨量的能量。自 1970 年代以來(lái)，我們一直在這條道路上緩緩前行，當(dāng)時(shí)科學(xué)家首次定義了點(diǎn)火目標(biāo) ，有時(shí)也稱為「盈虧平衡」。
去年，勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）的研究人員已經(jīng)接近成功，用核聚變產(chǎn)生了他們發(fā)射到實(shí)驗(yàn)中的大約 70% 的激光能量。人們繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，終于在 12 月 5 日凌晨 1 點(diǎn)剛過(guò)獲得了完美的結(jié)果：輸入兩兆焦耳，輸出了三兆焦耳，能量增加了 50% 。
「這表明我們是可以做到的，」美國(guó)能源部長(zhǎng)珍妮弗 · 格蘭霍姆在新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)道。
對(duì)于像斯坦福大學(xué)的 Mark Cappelli 這樣的聚變科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)激動(dòng)人心的結(jié)果。但他同時(shí)提醒說(shuō) ，那些寄希望于核聚變?cè)诓痪玫膶?lái)成為一種豐富、零碳排放和無(wú)廢料的能源的人可能會(huì)失望。
分歧點(diǎn)在于如何定義能量收支平衡。NIF 研究人員表示，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中獲得的能量與他們發(fā)射的激光一樣多——這是一項(xiàng)巨大的、期待已久的成就。但問(wèn)題在于，這些激光器消耗的能量只占系統(tǒng)總功率的一小部分。如果計(jì)算得更全面，NIF 獲得的收益遠(yuǎn)小于投入。
「這種程度的收支平衡是非常、非常片面的，」Cappelli 說(shuō)道。「還有幾十年的路要走，也許還有半個(gè)世紀(jì) 。」
問(wèn)題在于低效的激光器，使用 NIF 的方法產(chǎn)生聚變能包括將數(shù)十束光束射入稱為空腔的金圓柱體，將其加熱到超過(guò) 300 萬(wàn)攝氏度。激光不直接瞄準(zhǔn)燃料，他們的目標(biāo)是產(chǎn)生「X 射線湯」，密歇根大學(xué)的核聚變研究員 Carolyn Kuranz 介紹道。它們轟擊由氫同位素氘和氚組成的微小燃料顆粒，并將其壓碎。這必須以完美的對(duì)稱精度完成，即實(shí)現(xiàn)「穩(wěn)定內(nèi)爆」，否則顆粒會(huì)起皺，燃料無(wú)法充分加熱。