Alex 發自 凹非寺
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物理界的Breaking News來了！
科學家
首次在聚變反應中，實現了淨能量增益
——也就是說，聚變反應產生的能量，比注入的能量還多。
當地時間週二上午7點，美國能源部和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
（LLNL）
，共同官宣了這一里程碑式的成果。
△圖源：美國能源部直播，美國能源部部長Jennifer Granholm講話
現在，美國能源部官方賬號的相關訊息已經收穫了4萬+點贊和1。4萬轉發。
其實在美國能源部開直播前，就已有風聲傳出，然後迅速引來大波關注，在知乎上也引起了熱議。
陳怡然教授還評價稱：
這是個影響全人類的大新聞，讓大家離人造太陽邁進了一大步。
說到“人造太陽”，實際從上世紀50年代起，科學家就開始想著試圖模仿太陽產生能量的“套路”，即氫核聚變。
然鵝。。。核聚變過程本身也會消耗巨大的能量，我們卻沒有太陽那樣巨大的引力。
迄今為止，沒有任何其他研究者在核聚變反應中獲得了淨能量增益。
而就在12月5日，LLNL的一次新實驗，卻終於書寫了歷史的新篇章：
官方資料顯示，LLNL這次輸入的能量為2。05兆焦耳
（MJ）
，在核聚變反應後的輸出能量約為3。15兆焦耳。
也就是說，
能量增益高達約150%
。
怎麼做到的？
據知情人士透露，LLNL的研究人員採用了一種名為
慣性約束核聚變
（Inertial Confinement Fusion）
的工藝。
所謂“慣性”，簡單來說，就是在極短時間內對聚變反應中形成的等離子體增溫增壓，利用內部原子核自身的慣性，讓它們在向四周膨脹逸散之前就克服彼此之間靜電斥力，完成融合。
對了~關於什麼是“慣性約束核聚變”，想要深入瞭解的友友們可以去看看量子位之前專門做的一期影片。【https：//www。bilibili。com/video/BV1KB4y1i7q2/】
話說回來，現在的一大主流加熱方式就是
鐳射
，在光束加熱作用下，顆粒等目標容器會向外爆炸。
在爆炸過程中，除了容器表層，其餘部分會產生反作用力，使其向內加速並壓縮裡面的燃料。
另外，這個過程還會產生大量衝擊波，壓縮並加熱中心的燃料，從而促使核聚變發生。
目前，
世界最強大的鐳射點火裝置
，是美國的國家點火設施
（National Ignition Facility，NIF）
，已耗資約35億美元
（約合人民幣244億元）
。
△圖源：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
而本次實驗用到的鐳射裝置，正是NIF。
研究人員用多達192道的鐳射束，照射處於輻射平衡態的空腔
（hohlraum）
，也就是包裹著氘和氚，針頭大小的球狀顆粒。
透過鐳射作用，氘和氚的混合物形成了超熱氫等離子體。
另外，在反應過程中，產生的X射線炸開了原來的粒子，燃料層內爆，為核聚變的發生創造了條件。
最終在NIF的加持下，這次實驗產生了足夠多的熱量，並且這些熱量在燃料中傳播足夠快，使得輸出的能量超過了輸入。
△圖源：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
簡單來說，原料部分質量轉化成了能量——這個可以參考愛因斯坦提出的經典質能方程：E=mc²。
意味著什麼？
要講清楚這個問題，還得從什麼是
核聚變
說起。
簡單來說，核聚變是指由兩個較輕的原子核，合成一個較重的原子核。
而核裂變則是指由一個重的原子核分裂成兩個或多個較小的原子。
提到“核裂變”、“核聚變”，大夥兒一般會想到原子彈和氫彈。
其實除此之外，核裂變還已經被用來發電——聽說過核電站吧？
在核電站中，利用核裂變反應產生的熱量來加熱水，然後水蒸汽會推動汽輪機，進而驅動發電機發電。不過，
核裂變
會產生大量輻射，放射性核廢料的處理也一直讓人頭疼。
相比起來，
核聚變
反應幾乎沒有碳排放，產生的長效放射性廢料也燒的多。從理論上講，一小杯氫燃料就足以給一棟房子供電數百年。
還有，核聚變燃料儲備量極為豐富——其主要燃料是氫的同位氘和氚。
之前的研究表明，海洋含有數億噸的氘，如果當核聚變發電成真，僅一升的海水，就能產生相當於300升汽油的能量。
而氚雖然本身比較罕見，但能透過自然界中極為豐富的鋰元素來反應獲得，比較容易操作。
總而言之，核聚變供能具有特別香的BUFF：
既清潔又幾乎取之不盡
。
對於LLNL的這項成果，英國國家統計局副局長Arthur Turrell感慨道：
這讓科學家們幾十年來的夢想終於成真了。
人們苦苦研究無碳清潔能源已有多時，該成果對於未來開發核聚變供能，有著重大意義。
一位科研工作者也表示：
這至少讓我們能知道，人工可控核聚變增益大於一
（Q>1）
是件可以做成的事情。
雖然目前這項成果離商業化落地還相距甚遠：真的有應用意義，至少Q要達到10以上；不過這仍然是一件振奮人心的事。
△圖源：知乎@Quantum1024
還有網友甚至估算了核聚變發電商用時間：
如果速度能像之前核聚變領域其他實驗那樣，預計在2050左右就真的可以落地了。
△圖源：知乎@樹樹
另外，據Nature報道，國際核聚變專案ITER的負責人Time Luce表示：
像這樣有影響力的成果，還能吸引人們對各種型別的核聚變產生更多興趣，投入更多精力去探索，對一般的核聚變研究也會產生積極影響。
最後，大膽開下腦洞——
如果核聚變供能真的成功商業化落地，那未來的核能汽車是不是加一次燃料就可以用一輩子了？
參考連結：
［1］https：//www。youtube。com/watch？v=Eke5PawU7rE
［2］https：//www。energy。gov/articles/doe-national-laboratory-makes-history-achieving-fusion-ignition
［3］https：//www。nature。com/articles/d41586-022-04440-7
［4］https：//edition。cnn。com/us/live-news/nuclear-fusion-reaction-us-announcement-12-13-22/index。html
［5］https：//www。ft。com/content/4b6f0fab-66ef-4e33-adec-cfc345589dc7？shareType=nongift
［6］https：//www。theverge。com/2022/12/12/23505416/nuclear-fusion-scientific-breakthrough-how-to-watch-announcement-biden
［7］https：//www。zhihu。com/question/571894946
— 完 —
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