原创 | 科普启示录
近日，《Nature》对外激动发声，
称美国核聚变实验在过去一年中，进行了四次可控核聚变点火试验，创造多项新纪录。NIF的首席设计师也借此成就顺利入选了Nature年度十大人物，美国甚至会因为这次突破而进入到可控核聚变技术的新时代。
可控核聚变技术作为人类科幻作品里的常客，如果被我们彻底掌握这项技术，就能带来取之不尽、用之不竭的清洁能源。人类所谓的能源危机也会彻底解决，接着在可控核聚变所带来的恒星级能源中，去实现空前未有的科技突破。
日思夜想的核聚变技术，难道在美国的突破下瞬间变成了常态？目前人类仍面临着哪些挑战阻碍呢？
核聚变技术
太阳的中心温度高达
1500万摄氏度
，并且达到3000多亿个大气压。核聚变反应促使太阳每秒消耗物质为
500万吨
，所迸发的能量更是无法想象。
可以设想，在地球诞生的45亿年来，太阳就犹如一个巨大无穷的核聚变装置，不断进行氢聚变成氦的的反应过程，数亿年如一日的散发着辐射能量。
与其说太阳照亮地球，不如说核聚变照亮地球
，而人类在地球上使用的石油、煤电和食物，多数都来自于核聚变能。但是人类社会发展至今，依靠太阳传递的能源已经远远不够，我们开始构思如何自主掌握这种强大的核能量，在地球上建立一个“
人造太阳”
。
NIF就是这样一个装置，它是世界上最大的激光器
，由美国加利福尼亚州劳伦斯•利弗莫尔国家实验室（LLNL）研制而成，可以通过模仿太阳中心的压力和热量，来实现核聚变反应。NIF的实验原理是
通过对192条激光束的精准控制，聚焦在一个点位上，来模拟恒星内部核聚变的温度压力。
核聚变作为宇宙中最广泛强大的能量源，归根结底就是
两枚轻原子核在高温高压下融合为重原子核，并释放能量的过程。
核聚变全过程不存在污染，主要燃料就是氘和氚，这两种物质在地球上可通过多种方式获取。
核裂变与核聚变相比有什么区别呢？目前全球所使用的核能都来自于
核裂变技术，
虽然带来的清洁能源同样高效，但核裂变产生大量辐射废料，易造成极端安全隐患，所以核聚变才是未来的正选。目前人类对核聚变技术所存在的最大难题，就是
如何持续让核聚变反应释放的能量大于输出的能量。
2022年12月14日，实验室往核聚变材料聚焦
2.05兆焦耳
能量，最终产生了
3.15兆焦耳的
能量输出。
只有聚变反应堆释放的能量超过试验所投放的能量，或者说所消耗的能量，才能被称之为点火。
而实验室无疑创造了人类的先例，可谓居功至伟。
今年7月30日，实验室再次通过192束激光向氢同位素氘和氚小球发射了
2.05兆焦耳
，同位素释放能量的瞬间温度要高于太阳核心的六倍多，最终获得了
3.88兆焦耳
的能量输出，再次创造记录。
10月30日，实验室再次尝试输
入2.2兆
焦能量，并获得了
3.4兆焦
的能量输出。尽管有人质疑NIF所获得的能量输出只能烧大概10壶开水，
但在此之前还从未有任何一个国家能实现核聚变输出能量大于消耗能量的壮举。
而实验室接二连三的点火成功，意味着这一壮举绝非偶然现象，实验室已经拥有常态化能力。
为了达成这十壶开水的目标，实验室整整用了十余年。2010年NIF点火装置建立，在12年的研究过程中，所投资金额已经积累至几十亿美元，这是人力财力的双重考验，而美国经受住了此次考验。
在此期间，实验室对NIF作出了诸多改进。比如
对点火装置三分之二的光束线使用熔融二氧化硅碎片屏蔽，让碎片引发的损伤率最多可降低100倍，
以及全新的抗反射涂层、进一步扩大光学回收循环容量等等。
激光脉冲的准度在
几十亿分之一秒
的刹那间，为了尽可能提高精确度，实验室近日完成了
脉冲整形系统项目
，以此更精准的实现功率平衡和控制。
尽管实验室已经取得了瞩目的成就，但目前NIF还存在效率极低的难题。
超过99%的能量在抵达目标前就已经完全损失，极大降低了系统效率
，所以尽管美国目前已经是全球核聚变的引领者，但他们距离向电网提供核聚变还有相当漫长的道路要走。
接下来，美国政府计划在四年内追加4200万美元投资，来建立三个全新研究中心，共同克服这一困难阻碍。
困难与成就
女性物理学家
Annie Kritcher
，作为此次核聚变计划的首席核心人物，也是顺理成章的入选了
Nature年度十大科学人物。
Kritcher从2004年开始着手研究核聚变能源，并在2012年正式加入到NIF。她入职后的主要工作是
负责计算机的模型设计实验，对激光束的能量时间进行各项参数调整
。Kritcher在团队中充分展现了自身卓越的才干和领袖魅力，2016年她一跃成为NIF首席设计师。
成为首席设计师之后，Kritcher率领团队呕心沥血对实验项目进行运算调整，她精益求精想方设法提高核聚变的产量。在如愿点火成功后，
现在Kritcher又将目光瞄向了实现更多兆焦耳和更高产能的新实验。
总体来说，Kritcher入选年度科学人物是实至名归，而团队成果她更是功不可没。
可控核聚变并非只有NIF一条路可走，
国际热核聚变实验堆（ITER）
也被称为人造太阳，此类设备还有许多。可以确定全球有许多核聚变实验在同时进行，
俄罗斯、日本和印度
都不想错过这个改天换命的最佳契机。
既然如此，那我们的核聚变技术又发展如何呢？
早在2006年，
中国就加入了国际热核聚变实验堆(ITER)计划，并承担了10%的研发任务，职责和地位仅次于欧盟。
历经17年潜心研究，中国目前在核聚变领域也取得了耀眼的成就。
2020年底，我国核聚变装置落地成都并实现放电，它可以将等离子电流能力提升到2.5兆安培以上，这是中国核聚变技术史无前例的突破。2022年该装置等离子体电流突破100万安倍，再创我国核聚变装置新纪录。
今年8月，我国新一代人造太阳环流三号首次实现高约束模式100万安培等离子体电运行，该成就也使得中国的可控核聚变跻身国际一流水准。
可控核聚变技术是人类解决能源问题的最优解，对我国的经济、科技发展方方面面都有着重大意义，因此中国的可控核聚变技术不能落后于世界上任何一个国家。
中美在可控核聚变技术上选择了两条截然不同的研究路线，因此比较之下实则不存在孰强孰弱、孰优孰劣的问题。只希望二者能并驾齐驱，为人类社会发展带来崭新的机遇。
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