净能量增益标志着核聚变研究的突破

2022年12月5日，LLNL的一个团队国家点火装置(NIF)进行了历史上第一个受控聚变实验，以达到这一里程碑，从聚变中产生的能量比用于驱动它的激光能量更多。

除了清洁聚变能源，NIF的成就预计将提供前所未有的支持能力国家核安全局(核安全管理局)的库存管理计划。

LLNL主任Kim Budil博士在一份声明中说:“在实验室中追求聚变点火是人类有史以来应对的最重大的科学挑战之一，实现这一目标是科学、工程，最重要的是人类的胜利。”跨越这一门槛是60年来推动我们不懈追求的愿景——一个不断学习、建设、扩大知识和能力的过程，然后找到克服出现的新挑战的方法。这些都是美国国家实验室成立的目的。”

LLNL的实验超过了聚变阈值，向目标传递了2.05MJ的能量，产生了3.15MJ的聚变能输出，首次证明了惯性聚变能(IFE)的最基本科学基础。

要实现简单、负担得起的家庭和企业用电所需的IFE，仍然需要许多先进的科学技术发展。能源部说，它正在美国重新启动一个基础广泛、协调一致的IFE项目。

核聚变是两个轻核结合形成一个重核，释放大量能量的过程。在20世纪60年代，LLNL的科学家们假设激光可以在实验室环境中诱导聚变。在物理学家约翰·努科尔斯(John Nuckolls)的带领下，这一想法变成了惯性约束聚变，开启了60多年来在激光、光学、诊断、目标制造、计算机建模和仿真以及实验设计方面的研究和开发。

为了实现这一理念，LLNL建造了一系列日益强大的激光系统，从而创建了世界上最大、能量最大的激光系统NIF。NIF位于加州利弗莫尔的LLNL，有一个体育场那么大，它使用强大的激光束来创造温度和压力，就像恒星和巨行星的核心，以及爆炸的核武器内部一样。

在评论NIF的突破时，牛津大学物理学教授、牛津高能量密度科学中心主任贾斯汀·沃克教授说:“劳伦斯·利弗莫尔国家实验室使用世界上最大的激光将重氢压缩到与太阳中心相似的条件。

“激光进入厘米大小的圆柱体的末端，击中它的内壁，使它们发出x射线热。然后，这些x射线会加热中心的一个球体，里面装有核燃料。球体的外部蒸发，变成等离子体，从表面冲出，形成一个内爆的‘球形火箭’，在十亿分之一秒内达到每秒400公里的速度。”

沃克教授继续说:“随后在中心的‘嘎吱嘎吱’以一种特定的方式定制，在中间产生热火花，围绕火花的压缩‘燃料’的密度非常大，核聚变反应大约在十亿分之一秒内发生，比微小的热球体飞开的速度还快。因此，它被自身的惯性所限制，因此这种聚变方法被称为惯性约束聚变。”

剑桥大学(Cambridge University)核能讲师托尼•鲁尔斯通(Tony Roulstone)表示:“尽管这是好消息，但这一结果距离发电所需的实际能量仍有很长的路要走。”“这是因为他们必须在激光器中使用500MJ的能量才能将1.8 MJ的能量传输到目标上，所以即使他们获得了2.5MJ的能量，这仍然远远低于激光器最初所需的能量。换句话说，能源产出——主要是热能——仍然只占投入的0.5%。核聚变的工程目标将是回收过程中使用的大部分能量，并获得两倍于进入激光的能量的能量增益——它需要翻倍，因为热量必须转化为电能，这样你就会损失能量。”