胜利来自旧金山 LLNL 的国家点火设施。该设施长期以来一直试图掌握核聚变——一种为太阳和其他恒星提供动力的过程——以努力利用反应过程中释放的大量能量，因为正如赫鲁比所指出的那样，所有这些能量都是“清洁的”（核聚变是不会产生放射性物质的）。
然而，尽管付出了数十年的努力，这些聚变实验仍存在一个重大问题：用于实现聚变需要的能量远远超过产生的能量。作为 NIF 任务的一部分，科学家们长期以来一直希望实现“点火”，即能量输出“大于或等于激光驱动能量”。
一些专家仍然怀疑目前正在运行的聚变反应堆是否有可能实现这样的壮举。但慢慢地，NIF 向前推进了。去年 8 月，LLNL 透露它已经接近这个门槛，通过使用 1.9 兆焦耳的激光驱动器产生大约 1.3 兆焦耳（能量的度量）。
但在 12 月 5 日，LLNL 的科学家们说，他们成功地跨过了门槛。
他们实现了点火。
国家点火装置的靶室。
总而言之，这一成就值得庆祝。它是数十年科学研究和渐进式进步的结晶。这是向前迈出的重要一步，虽然很小，但可以证明这种类型的反应堆实际上可以产生能量。
“在受控聚变实验中实现点火是经过 60 多年的全球研究、开发、工程和实验取得的成就，”
“这是一个科学里程碑，”白宫科技办公室政策主任 Arati Prabhakar 在会议期间说，“但它也是一个工程奇迹。”
尽管如此，一个连接到电网并用于为家庭和企业供电的完全运行的平台可能还需要几十年的时间。
LLNL 主任 Kim Budil 说：“这是一次一个点火舱。” “要实现商业聚变能源，你必须做很多事情。你必须能够每分钟产生很多很多聚变点火事件，你必须有一个强大的驱动系统来实现这一点。”
那么我们是怎么到这里的呢？聚变能的未来会怎样？
模拟星星
近一个世纪以来，人们对核聚变的基础物理学有了很好的了解。
聚变是在极端条件下发生的原子核之间的反应，就像恒星中存在的那样。例如，太阳大约有 75% 是氢，由于其核心处包罗万象的热量和压力，这些氢原子被挤压在一起，融合形成氦原子。
如果原子有感觉，就很容易说它们不特别喜欢被挤在一起。这样做需要很多能量。恒星是聚变发电站；它们的引力为自我维持的聚变反应创造了完美的条件，它们会一直燃烧，直到所有的燃料——那些原子——都用完。
这个想法构成了聚变反应堆的基础。
一名技术人员在劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施中调整前置放大器支撑结构内的光学元件。
建造一个可以人为地重新创造太阳内条件的装置将允许一种极其绿色的能源。核聚变不会直接产生导致全球变暖的温室气体，例如二氧化碳和甲烷。
至关重要的是，聚变反应堆也没有核裂变的缺点，即当今核弹和反应堆中使用的原子分裂。
换句话说，核聚变发电厂不会产生与核裂变相关的放射性废物。
大融合实验
NIF 占据了 LLNL 大约三个足球场的空间，是世界上最强大的“惯性约束聚变”实验。
在腔室的中央有一个装有一个小胶囊的圆柱形装置。这个胶囊大约和花椒一样大，里面装满了氢、氘和氚的同位素，简称 DT 燃料。NIF 将所有 192 束激光聚焦在目标上，产生极高的热量，产生等离子体并引发内爆。因此，DT 燃料会受到极端温度和压力的影响，将氢同位素聚变成氦——反应的结果是产生大量额外能量并释放中子。
你可以把这个实验看作是对恒星条件的简单模拟。
这种称为 hohlraum 的金属外壳装有用于 NIF 实验的燃料舱。
然而，复杂的部分是反应还需要大量能量才能开始。为 NIF 使用的整个激光系统供电需要超过 400 兆焦耳——但每次发射光束时只有一小部分真正击中空腔。此前，NIF 能够以大约 2 兆焦耳的激光能量非常稳定地击中目标。
但在 12 月 5 日的一次运行中，情况发生了变化。
NNSA 副局长 Marv Adams 在会议上说：“上周，他们首次设计了这个实验，使聚变燃料保持足够热、足够稠密和足够圆，持续时间足够长，足以点燃。” “而且它产生的能量比激光沉积的还要多。”
更具体地说，NIF 的科学家们使用大约 2 兆焦耳的能量来启动聚变反应来为激光提供动力，并能够输出大约 3 兆焦耳的能量。根据 NIF 使用的点火定义，在这一短脉冲期间已经通过了基准。
您可能还会看到聚变反应中的能量增益由变量 Q 表示。
就像点火一样，Q 值对于不同的实验可以指代不同的东西。但在这里，它指的是激光输入的能量与胶囊输出的能量。如果 Q = 1，科学家们说他们已经实现了“收支平衡”，即能量输入等于能量输出。
就上下文而言，此运行的 Q 值约为 1.5。
在宏伟的计划中，用这个 Q 值产生的能量只够烧开水壶里的水。
新南威尔士大学的核工程师帕特里克伯尔说：“能量增益的计算只考虑了达到目标的能量，而不是用于支持基础设施的[非常大的]能量消耗。”
NIF 并不是唯一追求聚变的设施——惯性约束也不是启动该过程的唯一方法。“更常见的方法是磁约束聚变，”澳大利亚核科学技术组织战略项目高级顾问理查德加勒特说。这些反应堆使用磁场来控制气体中的聚变反应，通常是在称为托卡马克的巨型空心甜甜圈反应堆中。
这些设备的密度远低于 NIF 的颗粒，因此需要将温度提高到远超过 1 亿度。加勒特说，他不认为 NIF 结果会加速托卡马克聚变计划，因为从根本上说，这两个过程的工作方式完全不同。
然而，磁约束聚变也取得了重大进展。例如，法国正在建设的ITER实验使用的是托卡马克装置，预计将在未来十年内开始测试。它有远大的目标，旨在到 2050 年实现 Q 值大于10并发展商业聚变。
融合的未来
NIF 的实验可能对研究具有变革性，但不会立即转化为聚变能革命。这不是发电实验。这是一个概念证明。
这是今天值得关注的一点，尤其是当核聚变经常被吹捧为应对气候危机和减少对化石燃料依赖的一种方式或作为解决世界能源问题的良方时。建设和利用聚变能源为家庭和企业提供动力还有很长的路要走——保守地说是几十年——而且本质上依赖于技术改进和对替代能源的投资。
当激光系统的总输入远高于 400 兆焦耳时，产生大约 2.5 兆焦耳的能量当然效率不高。在 NIF 实验中，它是一个短脉冲。
NIF 激光舱的俯视图。
展望未来，如果要可持续地为水壶、家庭或整个城市供电，就需要持续、可靠、长脉冲。
澳大利亚国立大学的物理学家肯·鲍德温说：“聚变能量……不太可能使我们免受气候变化的影响。”如果我们要防止全球平均温度出现最大程度的上升，聚变发电可能会有点太晚了。
其他投资将来自私营公司，这些公司正在寻求在未来几年内运营托卡马克聚变反应堆。例如，英国的 Tokamak Energy 正在建造一个球形托卡马克反应堆，并力求在本世纪中期实现收支平衡。
然后是从麻省理工学院分离出来的 Commonwealth Fusion Systems，它希望到 2030 年代产生大约 400 兆瓦的电力，足够数万户家庭使用。现代核电站的产量几乎是现在的三倍。
正如 CNET 编辑斯蒂芬·尚克兰 (Stephen Shankland) 在最近的一篇文章中指出的那样，聚变反应堆还需要与太阳能和风能竞争——因此，即使有今天的启示性发现，聚变能仍处于其存在的实验阶段。
但我们现在可以将一只眼睛投向未来。
它可能无法阻止最严重的气候变化，但如果充分发挥其潜力，它可以为子孙后代提供近乎无限的能源供应。考虑地球上能源的未来以及如何利用这些能源是一回事，但我们的目光可能会落在更远的地平线上——深空旅行可以利用聚变反应堆，将我们炸毁到太阳引力无法达到的范围之外，帮助我们了解聚变反应和进入星际空间的东西。
或许到那时，我们会记得 2022 年 12 月 5 日，这是迈向我们曾经只敢梦想的地方的第一步。
更正，太平洋时间上午 8 点 44 分：这篇文章最初错误地陈述了聚变反应中的能量。NIF 用大约 2 兆焦耳为激光器提供动力，结果产生了 3 兆焦耳。
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