美国国家点火装置的激光能量,在环空器内转化为X光,然后压缩燃料舱直至内爆,产生高温高压等离子体。(图取自劳伦斯利弗莫尔国家实验室/路透社)

(华盛顿14日讯)美国能源部周二宣布,加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家,首次在使用激光的聚变实验中,短暂地实现了净能量增益。科学家们将激光聚焦在一个燃料目标上,将两个轻原子融合成一个密度更大的原子,从而释放能量。

澎湃新闻报导,美国能源部长格兰霍姆在一份声明中称,这一突破是一项“里程碑式的成就”。这项成果预计将可能帮助人类,在实现零碳排放能源的进程中迈出关键一步。

不过,劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任布迪尔表示,如果想将这一成果商业化,核聚变技术仍有“重大障碍”需要克服,可能还需要几十年的努力和投资。

核聚变反应是宇宙中的普遍现象,它是恒星(例如太阳)的能量来源。核聚变能也是全世界能源发展的前沿方向,被视为未来社会的“终极能源”。如果人类可以掌控这种能量,就能摆脱目前地球的能源与环境危机困扰。

耗资35亿美元(约154亿4900玩令吉)的美国国家点火装置,位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室,最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器,后用于推进聚变能研究。占地面积有3个足球场大的点火装置从2010年开始正式的点火实验, 美国用了10多年时间不断冲击点火目标,过程一波三折。

2014年,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家获得成果,但当时产生的能量非常小,相当于一个60瓦(watt)的灯泡在5分钟内消耗的能量。去年8月,点火装置在一次聚变反应中产生了1兆3700亿焦耳(Joule)的能量,约为那次激光能量的70%,是世界上最接近净能量增益的一次。

上周一(5日)当地时间凌晨1时03分,劳伦斯利弗莫尔国家实验室使用192束强大的激光束,击中了只有胡椒大小的氢同位素的固体目标。实验向目标输入了2兆500亿焦耳的能量,产生了了3兆1500亿焦耳的聚变能量输出,能量增益达到153%。

科学家需要能够再次点火

美国科技媒体The Verge评价道,利用核聚变可能是革命性的——为人们提供丰富的能源,而不会受到温室气体排放或持久放射性废物的有害副作用。然而,这样做取决于克服巨大的工程障碍。经过几十年的实验,这次宣布代表了对这些障碍之一的微小但重大的胜利。但是,要实现任何清洁能源梦想,还有很长的路要走。

“有了真正的投资和真正的关注,这个时间尺度可以更近。”劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任布迪尔在新闻发布会上说:“很长一段时间我们从未走近过,对吗?因为我们需要这个基本的第一步。因此,我们今天处于一个很好的位置,可以开始了解下一步需要什么。”

首先,科学家需要能够再次点火。布迪尔表示,仍然要做很多事,“你必须能够每分钟产生很多很多聚变点火”。他说:“不仅在科学方面,而且在技术方面都有非常大的障碍。”

一个障碍是,未来任何工作中使用的激光都需要更有效率。这次实验中使用的点火装置是世界上最大、能量最高的激光器,但它仍然基于1980年代的技术。现代激光器效率更高,未来的努力可能会尝试将新技术纳入实验。

“这表明这是可以做到的。越过这个门槛使他们能够开始研究更好的激光器、更高效的激光器、更好的密封胶囊等。”布迪尔说:“我们需要私营领域参与其中。如此多的美国公共资金进入这一突破真的很重要,但为了使其达到商业水平,我们将采取的所有必要步骤仍然需要公共研究和私营研究。”

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