可控核聚变？美再次实现核聚变反应净能量增益

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中国科学院合肥物质科学研究院 全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）

2022年10月19日下午，我国可控核聚变研究再创佳绩：中国最新一代“人造太阳”（HL-2M）科学研究取得了突破性进展，等离子体电流成功突破100万安培，创造我国该装置运行的最高、最新记录。“人造太阳”HL-2M，该项目于2009年由中国核工业集团西南物理研究院（SWIP）自主设计建造，2020年12月在成都启动并实现首次放电。它是我国的新一代“人造太阳”，和EAST相比，EAST的主要特点是实现稳态长脉冲放电，约束时间长，而HL-2M装置则是追求堆芯级高参数放电，因此它们的定位就不同。

美国实验室再次实现核聚变反应净能量增益

2023年，美国加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）再次实现了令科学界瞩目的成就——核聚变反应净能量增益。这是自去年12月该实验室首次实现历史性突破——可控核聚变点火之后，再次取得的一项重大突破。本次实验产生的能量产出甚至超过了首次实验的记录，再次验证了核聚变这一巨大能源潜力的现实可行性。然而，实验结果尚在分析之中，这项技术能否转化为实际应用，仍有待进一步研究。

US scientists achieve net energy gain for second time in nuclear fusion reaction

核聚变是指将氢等轻元素撞击在一起形成重元素，释放出巨大能量的过程。这也是太阳及其他恒星光热的来源。然而，将这一天然过程复制到实验室中，却需要克服巨大的科学与技术挑战。首先，实现核聚变需要极高的温度与压力，以促使轻元素的原子核接近并结合。其次，即便实现了核聚变反应，如何将释放出的能量收集起来，并转化为我们可以利用的电能，也是一个尚未解决的问题。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的点火装置前置放大器模块

然而，就在去年12月，LLNL的NIF首次实现了所谓的“点火”，也就是核聚变反应净能量增益。在这次实验中，他们将2.05兆焦的激光聚焦到核聚变材料上，产生了3.15兆焦的能量，能量增益首次大于1，达到了“点火”标准。这一实验结果表明，通过激光驱动的聚变反应，释放出的能量已经超过了驱动反应所需的能量。

国家点火设施的目标室，其中 192 束激光束向一个微小的燃料颗粒输送超过 2 万焦耳的紫外线能量

今年7月，LLNL的研究团队再次重复了这一壮举，而且还创造了新的记录。本次实验产生的能量产出超过了去年12月实验的能量产出。这一结果强烈表明，科研人员在实验技术和方法上已经取得了显著进步，核聚变的商业化应用前景日益清晰。

容纳用于实现点火的低温目标的空腔

点火设施的激光能量被转换为空腔内部的X射线，然后将其压缩为燃料胶囊，直到爆炸，产生高温，高压等离子体

然而，科研人员也提醒我们，这项技术离应用还有很长的路要走。虽然本次实验产生了更高的能量产出，但核聚变反应要想实际应用，必须能够持续稳定地进行。此外，如何有效地收集并利用反应释放出的能量，以及如何建造能够承受极端反应条件的反应堆，这些问题都还没有得到解决。

LLNL的这一重大突破为我们展示了核聚变能源巨大的潜力。虽然我们离实际应用还有很长的路要走，但科研人员的这些努力已经使我们离目标又近了一步。在能源需求不断增长、环境问题日益严重的今天，我们对核聚变这一可持续清洁能源的研究应当加大力度，以期在未来实现其商业化应用，推动人类社会的可持续发展。