能量增益——NIF突破試驗平衡點

美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室所屬的世界最大激光器、被稱為“人造太陽”的美國國家點火裝置（National Ignition Facility NIF）距離其目標越來越近，顯示了一個可持續核聚變反應裝置正在由夢想逐步成為現實。

據來自美國國內的報道稱，今年9月底，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置利用192束高能激光聚焦到氫燃料球上，創造高溫高壓以點燃核聚變反應。在試驗中，反應釋放出的能量首次超過了氫燃料球吸收的能量。輸出能量超出輸入能量，標志著可控核聚變實驗已經取得了具有里程碑意義的突破。

在聚變研究領域，實現“能量增益”一直是該類試驗所要突破的第一個平衡點，即試驗中產生的能量大于啟動它所需要的能量，美國的國家點火裝置同樣如此。

備受全球關注的NIF于2009年5月在加州落成，融合了美國多家實驗室的心血，迄今仍無人能挑戰其世界上最大的激光聚變機器的身份。NIF有能力產生類似恒星內核的熱與力，設計初衷本是用來模擬核爆，與羅切斯特大學激光器一樣都屬美國“無爆核試驗”不可或缺之部分。但該裝置也有較高的可用增益，讓人們廣泛注意到它更具魅力的一點——實現核能發電。人類能于實驗室中獲得“取之不盡用之不竭”核聚變能源，這在以前是想都不敢想的事。

此次據NIF研究小組的報告，在“點火”中，工程師們已直接將NIF的激光對準了燃料球，燃料球中含有氘和氚原子，激光器隨后以接近太陽中心的溫度對原子進行加熱。NIF慣性約束聚變副主任約翰·愛德華茲表示，他們需要在一個非常可控的方式下利用激光束快速加熱（點火要求在十億分之一秒內），使目標物的最外層發生爆炸，目標物的剩余部分在強烈內爆的驅使下，內部燃料瞬間壓縮，形成沖擊波，進一步加熱中心區域的燃料，導致可持續性燃燒，產生巨大能量。實驗“幾乎已經成功”，但艙室卻在極端的溫度和壓力下屢次過早破裂。

約翰·愛德華茲稱，為實現“點火”，他們已克服了相當多的挑戰——足夠的X射線強度、精確的能量傳遞等，但現在仍有一個關鍵障礙橫亙于此。研究人員或將再做出一個在引燃點下能保持穩定的艙室。而據早些時間勞倫斯·利弗莫爾實驗室發布的消息稱，NIF的重量級激光向核聚變能源邁出了“第一步”，192束激光束成功融合成一個單一脈沖，并爆發出難以置信的能量——1.8兆焦耳的能量和500萬億瓦的峰值功率，已比美國在任何特定時刻內消耗的總電量還要高1000多倍。

NIF項目并非一帆風順。2012年末，其曾被披露迫于種種壓力扭轉研究方向，焦點由“能源”正轉回到“核武器”上。據當時《自然》在線版報道，主要原因是部分政府人士“發現”激光核聚變與產生電能尚有距離，同時還奪走了其他領域本來就不寬裕的資金。不過多數科學家非常難以接受這個偉大的清潔能源之夢就此夭折，他們對NIF的研究進展進行辯護，也對政府這一決議大加抨擊。