能量增益——NIF突破试验平衡点

美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室所属的世界最大激光器、被称为“人造太阳”的美国国家点火装置（National Ignition Facility NIF）距离其目标越来越近，显示了一个可持续核聚变反应装置正在由梦想逐步成为现实。

据来自美国国内的报道称，今年9月底，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置利用192束高能激光聚焦到氢燃料球上，创造高温高压以点燃核聚变反应。在试验中，反应释放出的能量首次超过了氢燃料球吸收的能量。输出能量超出输入能量，标志着可控核聚变实验已经取得了具有里程碑意义的突破。

在聚变研究领域，实现“能量增益”一直是该类试验所要突破的第一个平衡点，即试验中产生的能量大于启动它所需要的能量，美国的国家点火装置同样如此。

备受全球关注的NIF于2009年5月在加州落成，融合了美国多家实验室的心血，迄今仍无人能挑战其世界上最大的激光聚变机器的身份。NIF有能力产生类似恒星内核的热与力，设计初衷本是用来模拟核爆，与罗切斯特大学激光器一样都属美国“无爆核试验”不可或缺之部分。但该装置也有较高的可用增益，让人们广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。人类能于实验室中获得“取之不尽用之不竭”核聚变能源，这在以前是想都不敢想的事。

此次据NIF研究小组的报告，在“点火”中，工程师们已直接将NIF的激光对准了燃料球，燃料球中含有氘和氚原子，激光器随后以接近太阳中心的温度对原子进行加热。NIF惯性约束聚变副主任约翰·爱德华兹表示，他们需要在一个非常可控的方式下利用激光束快速加热（点火要求在十亿分之一秒内），使目标物的最外层发生爆炸，目标物的剩余部分在强烈内爆的驱使下，内部燃料瞬间压缩，形成冲击波，进一步加热中心区域的燃料，导致可持续性燃烧，产生巨大能量。实验“几乎已经成功”，但舱室却在极端的温度和压力下屡次过早破裂。

约翰·爱德华兹称，为实现“点火”，他们已克服了相当多的挑战——足够的X射线强度、精确的能量传递等，但现在仍有一个关键障碍横亘于此。研究人员或将再做出一个在引燃点下能保持稳定的舱室。而据早些时间劳伦斯·利弗莫尔实验室发布的消息称，NIF的重量级激光向核聚变能源迈出了“第一步”，192束激光束成功融合成一个单一脉冲，并爆发出难以置信的能量——1.8兆焦耳的能量和500万亿瓦的峰值功率，已比美国在任何特定时刻内消耗的总电量还要高1000多倍。

NIF项目并非一帆风顺。2012年末，其曾被披露迫于种种压力扭转研究方向，焦点由“能源”正转回到“核武器”上。据当时《自然》在线版报道，主要原因是部分政府人士“发现”激光核聚变与产生电能尚有距离，同时还夺走了其他领域本来就不宽裕的资金。不过多数科学家非常难以接受这个伟大的清洁能源之梦就此夭折，他们对NIF的研究进展进行辩护，也对政府这一决议大加抨击。