4次点火，美国核聚变实验室进入新时代
一年前，美国国家点火装置（NIF）产生了一种聚变反应，其释放的能量超过消耗的能量，这种现象被称为点火。今年，NIF通过一次又一次的重复创造了世界纪录，证明这一壮举并非偶然。
NIF的192束激光进入靶室，聚焦在含有氢同位素的胶囊上。图片来源：Damien Jemison/NIF/LLNL
据《自然》报道，截至目前，NIF已成功点火4次。最新一次实验再次刷新纪录——输入能量首次达到2.2兆焦，3.4兆焦耳的输出能量也位列历次点火实验第二。在这一成功的基础上，美国政府正在建立3个研究中心，以进一步助推聚变领域的研究。
这座体育场大小的激光设施位于劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）。NIF在过去的6次尝试中，有4次明确实现了点火的目标，产生了比太阳内部更大的压力和温度。
“我感觉很好。”LLNL实验室惯性约束聚变科学项目负责人Richard Town说。
更高的聚变产率已经被用于推进核武器研究，也激发了人们将聚变作为无限清洁能源的热情。美国前国务卿约翰·克里近日在阿联酋迪拜举行的第28届联合国气候变化大会上呼吁，要建立新的国际伙伴关系，以推进聚变能源。负责监督NIF的美国能源部随后宣布由LLNL、美国罗切斯特大学和科罗拉多州立大学领导新研究中心。
NIF的工作原理是向一个氢同位素氘和氚的冷冻颗粒发射192束激光，这个冷冻颗粒被安置在一个悬挂在金色圆柱体内的钻石胶囊中。由此产生的内爆导致同位素融合，继而产生氦和大量能量。2022年12月5日，这些聚变反应第一次使产生的能量比输送的能量多出约54%。
2023年7月30日，该设施又创下新纪录，当时其光束向目标输送了同样多的能量——2.05兆焦耳，但这一次，内爆产生了3.88兆焦耳的聚变能量，比输入能量增加了89%。该实验室的科学家在10月的两次进一步尝试中实现了点火。
然而，向电网提供聚变能还有很长的路要走。尽管NIF目前拥有世界上最大的激光器，但它并不适合完成这项任务。该设施的激光系统效率极低，一次点火尝试中99%以上的能量在到达目标之前就已经损失殆尽。
开发更高效的激光系统是美国能源部新的惯性聚变能研究计划的目标之一。本月，该机构宣布在4年时间内投入4200万美元建立3个新研究中心，每个中心都由国家实验室、大学研究人员和行业合作伙伴共同参与，从而进一步推进这方面和其他方面的进展。
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