核聚变突破获得证实：加州团队成功“点火”

氘原子（左上）和氚原子（右上）结合生成一个中子（左下）和一个氦原子（右下）并释放能量的示意图。（公有领域）

核聚变研究领域的一项重大突破在一年后终于得到证实。劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火设施（NIF）的研究人员于2021年8月8日记录了第一例核聚变成功点火实例，其结果在整整一年后的三篇经同行审议的论文中得到确认。

核聚变为太阳及其它恒星提供动力：重氢原子以足够的力量碰撞、融合在一起形成一个氦原子，由此释放出大量能量作为副产品。一旦氢等离子体成功“点火”，聚变反应就会自我维持，聚变本身会产生足够的能量来维持温度而无需外部加热。

聚变反应期间的点火，本质上意味着反应本身产生足够能量用以自我维持，这对于使用聚变发电来说是必要的。

如果我们能利用这种反应来发电，那将是最有效、污染最少的能源之一。不需要化石燃料，因为唯一的燃料是氢，唯一的副产品是氦，工业中常常会用到氦，而且供不应求。

目前核聚变能源的问题是：我们没有技术能力来利用这种能量。来自世界各地的科学家目前正在专注攻克这一难关。

在LLNL这一最新里程碑中，研究人员仅在几纳秒内就记录了超过1.3兆焦耳（MJ）的能量产出。作为参考，1焦耳相当于施加1牛顿作用力经过1米的距离所需的能量。

LLNL惯性约束核聚变项目的首席科学家奥马尔‧哈瑞坤（Omar Hurricane）在8月8日的一份声明中说：“这是一项重大科学进步，确定了实验室中获得核聚变点火在国家点火设施（National Ignition Facility, NIF）是可能的。”

“实现点火所需的条件一直是所有惯性约束核聚变研究的长期目标，并开辟了一种新的实验机制，其中阿尔法粒子（alpha-particle）自热超过了聚变等离子体中的所有冷却机制。”

在为达到成功点火而进行的实验中，研究人员使用由氘-氚制成的致密活塞加热并压缩同样由氘-氚燃料构成的中心“热点”，从而产生一个超热、超高压的氢等离子体。氘-氚是分别具有一个和两个中子的两种氢原子的混合体。

“当聚变过程中产生的阿尔法粒子，在粒子吸收过程中产生的热量在一段时间内克服了系统中的热量损失机制时，就会发生点火，”作者在论文中说。

责任编辑：叶紫微

这一具有里程碑意义的成果是经过数千研究者多年的研发才完成的，仅物理评论快报论文就包含了1,000多名作者。

尽管之后的多次实验未能达到与2021年8月实验相同的能量产量，但均达到了比之前的实验更高的能量。这些后续行动的数据将帮助研究人员进一步简化聚变过程，并进一步探索核聚变作为未来发电的真正选项。

哈瑞坤在声明中说：“在实验室里有一个点火的‘存在证明’是非常令人兴奋的。”

三篇相关论文于8月8日同一天分别发表在《物理评论快报》和《物理评论E》期刊。