【可控核聚變實(shí)驗(yàn)成功意味著什么？】作者：胡志宇博士（上海交通大學(xué)微納能源所教授兼所長(zhǎng)，參加了四為“范式變更-碳中和的長(zhǎng)潮和大浪”首期班。入選國(guó)際級(jí)人才計(jì)劃、二級(jí)教授與博導(dǎo)，上海交通大學(xué)“致遠(yuǎn)”講席教授，ECS Sensor Plus副主編，美國(guó)田納西大學(xué)物理學(xué)博士（2000年），美國(guó)田納西大學(xué)MBA（2004年），上海交通大學(xué)微米/納米加工技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任（2012~2018年），在美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作13年（擁有能源部長(zhǎng)的親函嘉獎(jiǎng)，美國(guó)聯(lián)邦政府等十多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)），發(fā)表SCI論文100多篇，獲24項(xiàng)美國(guó)與中國(guó)授權(quán)發(fā)明專利，完成中英文專著/教材共5部，近期獲得2922IAAM獎(jiǎng)?wù)隆?021MDPI能源獎(jiǎng)、2021華為“智能機(jī)座”先鋒教師獎(jiǎng)、2018年中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)微納技術(shù)創(chuàng)新三等獎(jiǎng)。）
來(lái)源：四為高管教育
美國(guó)東部時(shí)間12月13日上午10點(diǎn)，在美國(guó)能源部位于加利福利亞州的勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室召開的新聞發(fā)布會(huì)上，美國(guó)能源部部長(zhǎng)詹妮弗·格蘭霍姆和國(guó)家核安全管理局局長(zhǎng)吉爾·赫魯比（Jill Hruby）公布了美國(guó)能源部勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（National Ignition Facility，NIF）上所獲得的一項(xiàng)重大科學(xué)成果。在2022年12月5日美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，具有總能量為2.05兆焦耳（MJ）的192束激光向一個(gè)微小幾乎完美對(duì)稱的氘-氚燃料球匯聚，獲得了3.15兆焦耳（MJ）的氘-氚聚變能量輸出，歷史性地實(shí)現(xiàn)了聚變點(diǎn)火與凈能量增益大約150%，在追求無(wú)限、零碳能源方面取得了重大突破。
在發(fā)布會(huì)上，美國(guó)能源部部長(zhǎng)詹妮弗·格蘭霍姆非常興奮地說：“對(duì)于國(guó)家點(diǎn)火裝置的研究人員和工作人員來(lái)說，這是一項(xiàng)具有里程碑意義的成就，他們致力于實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火，這一里程碑無(wú)疑將激發(fā)更多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。由世界級(jí)科學(xué)家組成的國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）團(tuán)隊(duì)的工作將幫助我們解決人類最復(fù)雜和最緊迫的問題，比如提供清潔能源應(yīng)對(duì)氣候變化以及在沒有核試驗(yàn)的情況下保持核威懾等。”
白宮科技政策辦公室主任阿拉蒂·普拉巴卡爾（Arati Prabhakar）博士說：“我們對(duì)聚變的理論理解已經(jīng)超過一個(gè)世紀(jì)了，但從知道到實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程可能是漫長(zhǎng)而艱巨的。今天的里程碑表明我們可以用毅力來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要做到的?！?br>這項(xiàng)經(jīng)過了近60年的歷程，總投資超過35億美元才獲得的重大科學(xué)突破，是人類自從學(xué)會(huì)用火以來(lái)，在能源利用方面最重要的改變游戲規(guī)則的突破。根據(jù)大爆炸理論，宇宙間的萬(wàn)物都是從由核聚變產(chǎn)生的一個(gè)巨大的火球創(chuàng)造出來(lái)的。而這個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功，在某種程度上意味著人類已經(jīng)開始掌握了“造物主”的能力！是人類用自己的聰明才智創(chuàng)造出來(lái)的一項(xiàng)非常不凡的成就！
勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任金·巴迪爾博士說：“在實(shí)驗(yàn)室中所追求的聚變點(diǎn)火，是人類有史以來(lái)所應(yīng)對(duì)的最重要的科學(xué)挑戰(zhàn)之一，實(shí)現(xiàn)它是科學(xué)的勝利、工程的勝利，但最為重要的是人類的勝利。”
國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）是迄今為止最大、功能最強(qiáng)大的激光慣性約束核聚變（Inertial confinement fusion，ICF）設(shè)備。激光慣性約束核聚變是使用192束超高能量的激光同時(shí)打到一個(gè)幾乎完美對(duì)稱，并且充有大約150 微克的氘-氚的塑料小球（直徑~2毫米），至于導(dǎo)致塑料向內(nèi)爆炸，從而擠壓里面的燃料。塑料達(dá)到每秒350公里（每秒220英里）的峰值速度，將燃料密度從大約水的密度提高到鉛的大約100倍。壓迫內(nèi)部的氘與氚，形成高壓高溫，造成自發(fā)性的燃燒，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終誘發(fā)核聚變反應(yīng)。在十億分之一秒內(nèi)爆過程中，能量的傳遞和絕熱過程將燃料的溫度提高到數(shù)億度，就產(chǎn)生了一顆微型超新星（Supernova）。
1）核聚變不會(huì)產(chǎn)生核污染，非常安全！
2）核聚變所需要的氘與氚可以從海水里獲得，取之不盡用之不竭。
美國(guó)國(guó)會(huì)在今年的《國(guó)防授權(quán)法》中，將大幅度增加這個(gè)項(xiàng)目的投入，（項(xiàng)目）獲得有史以來(lái)最高的撥款——超過6.24億美元，從而讓這個(gè)驚人的突破更進(jìn)一步。接下來(lái)，國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步分析本次實(shí)驗(yàn)的成功原因，并希望在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中復(fù)現(xiàn)本次實(shí)驗(yàn)。接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)將對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一系列升級(jí)改造，進(jìn)一步提高激光能量，以支持更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)與能量增益。團(tuán)隊(duì)還將借助人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)，將對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的點(diǎn)火區(qū)間進(jìn)行更深入地研究。美國(guó)能源部宣布鼓勵(lì)私人公司和研究機(jī)構(gòu)參與聚變研究與商業(yè)化，但是其到實(shí)際應(yīng)用可能還需要一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
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