最新消息，美国首次有实验室使用激光束、金刚石和**实现三重重复点火。迄今为止，美国的研究人员已经产生了四次短暂的聚变能源爆发，这是使这种零碳能源成为现实的令人鼓舞的迹象。
劳伦斯利弗莫尔国家点火公司的技术人员正在调整前置放大器支撑结构内的光学元件。 达米安·贾米森·劳伦斯·利弗莫尔国家实验室。
科学家首次成功地进行了核聚变的重复点火，这是大规模实现近乎无限清洁能源的又一个重要里程碑。
去年12月，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的一个团队实现了聚变点火，首次从聚变反应中产生了净能量增益。
这一壮举被物理学家誉为“历史性时刻”。 现在，劳伦斯国家实验室的科学家们又重复了三次实验。
该实验室使用国家点火设施 （NIF） 向悬浮在金圆柱体金刚石胶囊中的冷冻同位素颗粒发射 192 束激光束。
由此产生的反应复制了与太阳内部相同的自然过程，并导致创纪录的89%的能量增加。 根据科学杂志《自然》的报道，这仅够煮沸一个水壶的能量，但扩大这一概念验证可能预示着能源的“新时代”。
我感觉很好，“劳伦斯国家实验室惯性约束聚变科学项目负责人理查德·唐告诉该杂志，”我认为我们都应该为这一成就感到自豪。 ”
本月早些时候，核聚变被列入联合国气候变化大会（COP28）的议程，各国**同意加快开发该技术的努力。
我们越来越接近核聚变驱动的现实。 与此同时，科学和工程面临重大挑战，“美国气候特使约翰·克里在迪拜峰会上说，”仔细思考和深思熟虑的政策对于解决这个问题至关重要。 ”
根据聚变产业协会的数据，中国、日本、俄罗斯和欧盟也在核聚变研究方面投入了大量资金，迄今已投资超过60亿美元。
投资该技术的公司之一是美国科技巨头Microsoft，该公司今年早些时候宣布了世界上第一份购买协议。
但是，这些实验对科学和新能源的梦想究竟意味着什么，这种新能源可以为我们的家庭和汽车提供动力，而不会排放任何二氧化碳？
简而言之，为NIF的成就鼓掌是可以的，但这并不意味着绿色能源革命即将到来。 核聚变发电的进展将需要数年时间才能取得成果——可能需要十年左右的时间——目前尚不清楚核聚变发电是否足够便宜，足以从根本上改变我们的电网。 毫无疑问，今天继续加大对太阳能和风能的投资对于应对气候变化至关重要。
当两种较轻的元素（例如氢或氦）合并为一种较重的元素时，就会发生聚变。 这种核反应释放了大量的能量，正如太阳周围最大的聚变炉所证明的那样。
然而，核聚变在地球上更难发生，因为原子核带正电，因此相互排斥。 太阳的巨大质量产生了巨大的压力来克服这种排斥力，但在地球上，还需要其他力量。
将原子挤压在一起并产生聚变的两种常见方法称为惯性和磁约束。 惯性约束通常使用激光以强大的能量击中射弹，触发聚变燃料的压缩。 这就是 NIF 的使用方式。
另一种方法是使用磁场。 这种现象在试图将聚变能源商业化的公司中更为普遍。
2022 年 12 月，NIF 实验越过了聚变的临界阈值，聚变反应产生的能量（315 万焦耳）超过了引发反应的激光产生的能量205兆焦耳的能量。 然而，由于运行激光器需要更多的能量，因此整个反应的效率非常低。
聚变研究人员使用字母 q 表示输出能量与输入能量的比值，2022 年 12 月的反应是聚变反应首次超过 q = 1。 今年 7 月 20 日、10 月 8 日和 10 月 30 日，NIF 再次成功，即 q 大于 1。 在 10 月 30 日的实验中，使用了创纪录的激光功率，即 22兆焦耳，这种改进非常困难，因为激光会破坏引导其光的光学设备。
NIF运营主管Bruno van Wongerhem在一份声明中表示：“这一切都是为了控制损害。 如果没有适当的保护，过多的能量和您的光学器件将被炸成碎片。 ”
在发电之前，聚变反应堆必须达到q = 10的阈值。 这是每个参与者的目标，包括另一个由法国热核实验堆（ITER）资助的大型项目。 聚变反应堆必须比 NIF 更频繁地达到 q = 10。
在某种程度上，这些都是几十年来由核聚变实验推动的学术里程碑。 但考虑到核聚变以无法实现这一目标而闻名。 这是一个重要的证明，证明一切皆有可能。 在你重复那个经常被引用的尖刻陈述之前，请仔细考虑这样一个事实，即核聚变是未来的能源，而且永远都是。
一方面，大多数商业聚变能源项目使用各种形式的磁约束，而不是NIF基于激光的方法，因此工程挑战的难度各不相同。
另一方面，NIF是一个耗资35亿美元的庞大国家实验室项目，一个研究核电的项目，而不是一个旨在以最具竞争力的成本为电网生产可靠能源的项目。
普林斯顿大学（Princeton University）研究员威尔逊·里克斯（Wilson Ricks）在X（前身为Twitter）上发表的一篇文章中说：“不要指望未来的核聚变工厂会像NIF一样。 “NIF的激光器以及将聚变热转化为电能的效率极低，这意味着它们的设计本质上是不切实际的。 相比之下，“磁约束聚变有一些真正的希望，”Rix在Twitter上写道。
降低核聚变的成本对其成功至关重要，因为它必须与零碳替代品竞争，例如今天的裂变核反应堆，它可以产生稳定的电力**，以及更便宜但间歇性的可再生能源，如风能和太阳能。
普林斯顿等离子体物理实验室的研究人员在10月份发表的一项研究中得出结论：“核聚变的第一个竞争对手是裂变。 “这评估了电网中核聚变的前景，尚未经过同行评审。 他们预计，如果核聚变的高成本能够足够低，它可以取代未来对裂变工厂的需求，如果进一步降低，它也可以与太阳能和储能的结合竞争。
如果核聚变发电厂可以建造成更便宜、更小的装置，更像工厂生产的装置，那么生产成本应该更低。 这要归功于一种称为赖特定律（经验曲线或学习曲线）的现象，它稳步降低了太阳能和风能的成本。 聚变工厂越大、定制程度越高，成本降低就越小，聚变的竞争力就越低。
聚变行业协会（Fusion Industry Association）首席执行官安德鲁·霍兰德（Andrew Holland）表示，科学家可以通过更新聚变的物理模型来解释聚变自身提供热量而不是依赖外部热量这一事实，从而从NIF实验中受益。
这种关注也可能有所帮助，特别是考虑到长期以来对聚变能的怀疑。
TAE Technologies首席执行官Michl Binderbauer称NIF结果为“迈向聚变时代曙光的巨大垫脚石”，并表示这是聚变能确实可能的一个重要例子。
投资者也注意到了这一点。 霍兰德表示，在NIF公布第一份结果后，核聚变产业协会年度报告的数量增加了十倍，该报告详细说明了对核聚变能源初创企业的48亿美元风险投资。 他补充说，许多提出要求的人来自投资公司。
NIF使用192个强大的红外激光器来触发核聚变，总能量水平为4兆焦耳，大致相当于一辆两吨重的卡车以100英里/小时的速度行驶。 它首先被转化为 2 兆焦耳的紫外线，然后被转化为 X 射线，照射胡椒粒大小的聚变燃料颗粒。
强烈的X射线使粒子的外层**性**，压缩粒子的内部并触发融合。 聚变产生的热量维持反应，直到燃料耗尽或变得不平衡和摇晃。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置有三个足球场那么大。
绝对！下面我们来快速回顾一下。
地球上的一切都由微小的原子组成，每个原子都由一个中心原子核和一团带负电的电子组成。 原子核由中子和带正电的质子组成。 原子核中的质子越多，元素就越重。
氢，通常有一个质子和一个电子。 一种叫做氘的不寻常品种也有中子，使用核反应堆或聚变反应堆，你可以用两个中子制造第三种元素，称为氚。
当这些正电荷和电荷导致原子相互作用时，就会发生化学反应，例如铁生锈或木材燃烧。 相反，当原子核**或结合时会发生核反应。 在地球上，动员核反应发生所需的力量更加困难，这就是为什么制造蒸汽机比制造核弹更容易的原因。
当你把原子加热到足够高时，它们就会变得如此充满能量，以至于电子被剥离了。 由此产生的带负电的电子和带正电的原子核云被称为等离子体，这是一种比我们在地球上室温下习惯的固体、液体和气体更奇特的物质状态。
太阳是由等离子体构成的，聚变反应堆也需要它来使氢原子核以足够的能量反弹。 等离子体的一个方便特性是它们的带电粒子可以被磁场操纵。 这对于许多聚变反应堆设计至关重要。
NIF和大多数其他核聚变项目使用两种类型的重氢：氘和氚，称为DT燃料。 但还有其他选择，包括氢硼和氘氦-3，这是一种只有一个中子而不是更常见的两个中子的氦形式。
为了使氘和氚融合，等离子体需要加热到大约 1 亿摄氏度（18 亿华氏度）。其他反应甚至更高，例如氢硼聚变，其温度约为十亿度。
氘可以从普通水中过滤出来，但氚很难获得，几年内就会放射性衰变。 它可以在核反应堆中制造，原则上可以在未来的聚变反应堆中制造。 然而，管理氚是复杂的，因为它被用来促进核***，因此需要严格控制。
氘-氚聚变反应产生快速移动的单个中子。 它们的动能可以被聚变反应堆室周围的液体“毯子”捕获，并在中子碰撞时加热。
然后将热量传递到沸水中，并由传统的蒸汽轮机提供动力。 这项技术是众所周知的，但还没有人将其连接到聚变反应堆。 事实上，今天正在建造的第一代聚变动力反应堆被设计为超过q=1，但不是为了捕获能量。 这将等待预计将在下一波开发中到达的试点工厂。
双。 NIF由美国的核计划资助。美国**的资金还资助了英国的欧罗巴联盟和法国的国际热核实验反应堆，这两个项目都更符合利用聚变能发电的目标。
但越来越多的聚变能源是由私人资助的。 根据聚变产业协会 2022 年初发布的年度报告，投资者共向聚变能源初创公司投入了 48 亿美元，其中 28 亿美元是在去年投资的。 其中大部分流向了从麻省理工学院分拆出来的初创公司Commonwealth Fusion Systems。 并在 2021 年的一轮融资中筹集了超过 18 亿美元。
* 现在也帮助私营部门。 美国能源部于 2022 年 9 月宣布了一项里程碑式的计划，为建设聚变能试验工厂提供高达 5000 万美元的资金。 核聚变的支持者拜登**在 2022 年 11 月表示聚变能源是到 2030 年将碳排放量减半和到 2050 年实现净零排放的五种关键方法之一。
为当今核反应堆提供动力的裂变与核聚变相反。 在裂变中，铀等重元素会变成较轻的元素并在此过程中释放能量。
几十年来，人类已经能够使用热核实现聚变**。 这些设计将铀或钚等材料粉碎在一起，引发裂变**，并提供启动二次和更强大的聚变反应所需的巨大能量。
在炸弹中，这个过程在不到一秒钟的时间内发生，但为了产生能量，必须控制和维持核聚变。
是的，一般来说，但它不像裂变反应堆那样繁琐。 一方面，大多数放射性发射器是短寿命的α粒子（具有一对质子和一对中子的氦核），很容易被阻挡。 快速移动的中子可以与其他物质碰撞并产生其他放射性物质。
聚变反应堆的中子输出通常会降低组件的性能，需要定期更换，这可能需要每隔几年持续数月的停机时间。 然而，它比裂变发电厂的高放射性核废料更容易处理。
氢-硼聚变不如氘-氚聚变容易实现，但它的部分吸引力在于它不会产生任何中子和伴随的放射性物质。 采用这种方法的最知名公司是 TAE Technologies。