【文/觀察者網(wǎng) 李澤西】

“這一重大科學(xué)突破，是我們走向清潔能源未來(lái)的一個(gè)里程碑?！?

當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月13日，美國(guó)能源部宣布，其下屬勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，12月5日在國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施（下稱“NIF”）進(jìn)行了歷史上第一次可控核聚變實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了“核聚變點(diǎn)火”(fusion ignition)，該反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過(guò)所消耗的能量。

“這是一個(gè)醞釀了幾十年的公告，”美國(guó)能源部稱，這一突破將永遠(yuǎn)改變清潔能源和美國(guó)國(guó)防的未來(lái)。

NIF資料圖

定量是否“實(shí)現(xiàn)”了可控核聚變的判斷標(biāo)準(zhǔn)，是看核聚變裝置輸出的能量與輸入的能量的比例，稱為Q值。如果Q≤1，即產(chǎn)出的能量不及輸入的能量，對(duì)于科學(xué)研究還是有意義的，但核聚變還是在耗費(fèi)其他能源來(lái)源，顯然無(wú)法為人類提供能量。如果輸出的能量超出輸入的能力，則Q>1，核聚變理論上被認(rèn)為“實(shí)現(xiàn)了”，可能可以開始為人類發(fā)電了。

美國(guó)能源部透露，NIF投入了205萬(wàn)焦耳能量，使大約4%核聚變?nèi)剂袭a(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)出了315萬(wàn)焦耳能量，Q值大約達(dá)1.5。

但僅僅因?yàn)樵O(shè)計(jì)出一種能量增益的聚變反應(yīng)，并不意味著人類發(fā)電方式的任何有意義的變化即將到來(lái)。有分析稱，美國(guó)此次只是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的原理驗(yàn)證水平上的成功，發(fā)出的電量實(shí)際上只是“相當(dāng)于燒開10壺水”。而要想真正獲得商用價(jià)值，其產(chǎn)出-輸入比還需要提高約100倍。

實(shí)際上，NIF的激光實(shí)際上每次試驗(yàn)背后都需要超過(guò)3億焦耳，給電容器充電，以及運(yùn)行其他所需設(shè)備。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員，風(fēng)云學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)袁嵐峰指出，只有當(dāng)Q達(dá)到10，核聚變才有商業(yè)價(jià)值，因此NIF此次成果只能被理解為一個(gè)階段性成果。

在發(fā)布會(huì)上，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任金伯利·布迪爾（KimberleyBudil）也坦承，要實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電，還需要做“許多事情”，其中就包括“每分鐘產(chǎn)生許多次核聚變點(diǎn)火”，這一過(guò)程可能還要花幾十年。她表示，NIF目前使用的激光技術(shù)“基于1980年代”，下一步需要升級(jí)相關(guān)設(shè)施，簡(jiǎn)化流程以提高其可重復(fù)性，未來(lái)每次可產(chǎn)生“數(shù)億焦耳”能量。

凈能量增益聚變反應(yīng)之所以如此難以捉摸，其原因在很大程度上是因?yàn)榭茖W(xué)家必須在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生極端條件才能使反應(yīng)發(fā)生。通常，需要使用巨大的激光器將氫的同位素加熱到數(shù)百萬(wàn)攝氏度的溫度。然后，產(chǎn)生的等離子體被限制在極高的壓力下，導(dǎo)致同位素以足夠的力量聚集在一起，使它們?nèi)诤铣刹煌脑?。?dāng)它們?nèi)诤铣刹煌脑貢r(shí)，則以熱量的形式釋放出能量。

NIF使用的環(huán)空器，用于裝核聚變?nèi)剂希▓D源：NIF）

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等離子體物理與聚變工程系副主任吳征威向觀察者網(wǎng)表示，美國(guó)建設(shè)NIF的初衷不是為了發(fā)電，而是為了模擬核爆炸。他認(rèn)為，NIF目前還沒(méi)有針對(duì)連續(xù)獲取聚變產(chǎn)生熱量的完整設(shè)計(jì)；在走向未來(lái)的潛在商業(yè)化途中，NIF采用的技術(shù)方案需要考慮激光等設(shè)施本身高昂的建設(shè)和運(yùn)行成本。

美國(guó)能源部“核聚變點(diǎn)火”消息發(fā)布之際，拜登政府正致力于發(fā)展清潔發(fā)電，并且特別強(qiáng)調(diào)了聚變能源，最近美國(guó)通過(guò)的《降低通貨膨脹法》為該領(lǐng)域的研究提供了大量資金。