创造历史！美国核聚变实验取得重大突破，无限清洁能源真的来了？

《军武次位面》作者：太白

美国东部时间12月13日上午10时，美国能源部宣布其位于美国加利福尼亚州其下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家在一项使用激光的核聚变实验中首次实现了净能量增益——即从核聚变实验中产生的能量超过了投入的能量！据称，实验中利用输入的2.05兆焦耳能量获得了3.15兆焦耳的聚变能量。这次，我们看到了利用核聚变反应来产生清洁能源的可能，这是核聚变前所未有的重大突破，创造了历史。

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当然，虽然此次实验中实现了净能量增益，但是其产出的能量相比投入能量的超出的很少（净增1.15兆焦耳，约为50%），另外其只计算了利用激光加热“空腔”容器壁的耗费的能量，并非计算从源头产生这些激光的能量（据称仅从电能转化为这些机关能量就用了大约400多兆焦耳），所以仅从这一突破到为我们提供大量清洁能源的商用距离还比较远，但也总算是迈出了里程碑式的第一步。

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核能发电一直是重要的电能来源方式，甚至是很多国家的核心能量来源，不过目前我们熟知的核电站还均未基于核裂变反应产生能量。虽然相对传统的火电，它已经具有能量密度大、无排放、无空气污染等优势，但裂变反应的原理就决定了这种方式不得不面临原料稀缺、有放射性污染废物、安全性稳定性低等特点，其核废料的辐射影响会持续数年，需要非常谨慎处理。我们耳熟能详的就有切尔诺贝利核电站、福岛核电站以及美国三里岛核电站事故等给人带来大量的人员伤亡和后续问题，所以兴建核裂变核电站往往都会掀起很大的争议。

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核聚变反应相较于核裂变反应有几个很明显的优势：清洁（无长期放射性）、能量密度大、相对安全和原料易得，从两者对应的武器氢弹（核聚变）和原子弹（核裂变）上就能看的出来。所以原则上讲，如果能实现可控核聚变的发电，人类可以说拥有了近乎无限的清洁能源。然而由于氘、氚核聚变反应需要极高的温度并维持才能持续充分的发生，而要维持反应产生的上亿度高温等离子体一段时间来持续的发生聚变反应以目前的科技水平还有困难。

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可控核聚变目前已知的有三种形式分别是引力约束、磁力约束和上述的惯性约束。我们都知道太阳上无时无刻不在发生着聚变反应，而它没有发生爆炸主要原因就是太阳具有巨大的引力可以约束聚变反应产生的高温等离子体，然而太阳的引力是人类无法复制的，只能从磁力约束和惯性约束入手。

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以上LLNL的核聚变便是使用惯性约束来实现的，即在很小的小球（靶丸）内放入少量的氘、氚混合气体，利用激光束照射球面产生向内的高温、高压使得混合气体形成等离子体从而发生聚变反应，也叫激光“点火”。

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目前大部分拥核国家（包括我国）主流的发展方向是磁力约束。而托卡马克则是利用磁力约束实现可控核聚变的一种环形容器，在通电时容器外部的线圈会产生巨大的螺旋磁场将中央真空室中的等离子体加热以发生聚变反应。目前世界各国主要研究的都是这种形式的聚变能利用方向，包括前期美国的托卡马克聚变实验反应器TFTR、欧洲的联合环JET以及前苏联的T-20（T-15）和日本的JT-60。在多年的努力下，2006年我国自主研发的EAST（全超导托卡马克型核聚变实验装置）实现了首次“点火”（即开启聚变反应）并且最高运行了1000秒，取得了前所未有的成就，成为世界上四个（其他三个为美国、法国、日本）拥有全超导托卡马克装置的国家。而随着时间的推移，该装置的温度、时间等记录正在不断被突破，目前已经有7千亿摄氏度高温等离子体维持1056秒的壮举，保持着世界纪录。

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当然当前还没法确定哪种可控核聚变的方式会更好或者更快的走向商用，不过不论哪种方式的实现看起来都还有很长的路要走。不过最终不论哪种方式最终得以实现，都会对现有的能源格局产生巨大影响，人类可能将完全摆脱对化石能源的依赖，我们每个人都将是其受益者（或许OPEC的各位不太同意，哈哈）。这次美国的“净能量增益”虽然不免有哗众取宠之嫌且偷换概念强行“净增”，但是确实也获得的一定程度的进步，惯性约束也是值得期待的发展方向。不论未来如何，让我们一同拭目以待吧。