核聚变的一项重大突破将使我们更接近无限能量

　　近期，美国著名国家实验室之一，位于美国旧金山湾区利弗莫尔，隶属于美国能源部的国家核安全局（NNSA）的劳伦斯利弗莫尔国家实验室宣布在核聚变方面取得重大突破，利用强大的激光产生1。3兆焦耳的能量约为1千克原油所含能量的3。
　　长期以来，核聚变一直被认为是未来的新能源一种不依赖于燃烧碳的无限能源。但人类经过几十年的研究，仍未取得十足的进展。
　　什么是核聚变？
　　有两种使用核能的方式：裂变和聚变，这两种方式在目前的核电站中使用。
　　在裂变中，重铀原子被分解成较小的原子以释放能量。核聚变则是相反的过程：轻原子转化为重原子以释放能量，这与太阳等离子体核内发生的过程相同。
　　聚变反应堆放大了能量：触发的反应必须产生比加热燃料等离子体所需的能量更多的能量，才能产生能量这就是所谓的点火。还没有人做到这一点。目前的纪录是1997年由英国的欧洲联合圆环体（JointEuropeanTorus）创造的，该组织通过磁聚变产生了16兆瓦的电力，但需要23兆瓦才能触发。
　　实现核聚变有两种可能的方式：磁约束和惯性约束，磁约束使用强大的磁体将等离子体限制很长时间，惯性约束使用非常强大和短暂的激光脉冲压缩燃料并启动聚变反应。
　　从历史上看，磁聚变一直受到青睐，因为惯性聚变所需的技术，特别是激光，是不可用的。惯性融合还需要高得多的增益来补偿激光器消耗的能量。
　　惯性约束
　　两个最大的惯性项目是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施和法国的激光MgaJoule项目，其应用主要是军事，并由国防计划资助。这两个设施都是为了研究模拟核爆炸。
　　国家点火设施使用192束激光束，在持续几纳秒的时间内产生总计1。9兆焦耳的能量，以触发聚变反应。燃料被放置在一个几毫米宽的金属舱内，当被激光加热时，它会发射X射线，加热并压缩燃料。
　　正是这个过程，在2021年8月8日，实现了具有里程碑意义的1。3兆焦耳的能量生产，这是惯性约束方法记录的最高值：也就是说，最接近点火燃点。
　　0。7的总增益等于1997年联合欧洲环面使用磁约束实现的记录，但在这种情况下，燃料吸收了0。25兆焦耳的能量，产生了1。3兆焦耳的热量：因此，聚变产生了反应所需的大部分热量，接近点火燃点。
　　尽管如此，一个反应堆必须获得更高的收益（超过100兆焦耳的热量），才能在经济上具有吸引力。
　　磁约束
　　磁约束方法具有更好的发展前景，因此是迄今为止能源生产的首选途径。
　　绝大多数研究都集中在托卡马克上，这是20世纪60年代苏联发明的聚变反应堆，等离子体受到强磁场的限制。
　　ITER是一个在法国南部建设中的示范反应堆，涉及35个国家，它使用托卡马克装置。它将是世界上最大的聚变反应堆，其目标是实现10倍的增益等离子体将被加热50兆瓦的功率，并将产生500兆瓦的功率。第一个等离子体现在正式预计将在2025年底实现，预计将在2030年代末进行聚变演示。
　　英国最近启动了STEP项目（用于发电的球形托卡马克），该项目旨在开发一个在20世纪40年代连接到电网的反应堆。欧洲计划在2050年代开放另一台托卡马克演示装置DEMO。
　　另一种被称为仿星器的装置，如德国的Wendelstein7X，显示出非常好的结果。尽管仿星器的性能低于托卡马克，但其固有的稳定性和近期的研究成果使其成为一种重要的替代品。
　　我国的核聚变领域的大科学装置中国环流器二号M装置（HL2M）科学研究再获新进展，近期制造出1。5亿的高温，比太阳内部的温度还要高得多，同时还制造了超过100万安培（1兆安）的等离子体电流，创造了我国可控核聚变装置的运行新记录。一般认为装置中产生的等离子体电流达到100万安培（1兆安）是实现聚变能源的必要条件。
　　HL2M装置等离子体电流强度突破100万安培意义重大，意味着这种装置已经达到点火要求，实现聚变稳定运行的必要条件已经达到，可控核聚变的实现有望了。
　　不过100万安培的电流输出并不是HL2M装置的极限，该装置的运营单位中核集团核工业西南物理研究院的负责人表示HL2M装置的等离子体电流能力可以达到2。5兆安以上，也就是说可以达到250万安培，目前它的潜力也仅是发挥了25而已，远未到达它的极限，但实验已经证明该装置可以在百万安培级别的等离子体电流下正常运行，技术方面则标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步。
　　去年底时，中科院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克装置实现了在7000万摄氏度的高温下运行1056秒的世界纪录，并且还在1。2亿摄氏度的情况下运行了101秒，而中核西南物理研究院的HL2M实现了1。5亿的运行，百万安培等离子体电流的输出，这些成就的取得都说明我国在可控核聚变技术上正在大踏步前进。
　　核聚变未来发展前景
　　除了国家级别的核聚变研究，私人核聚变项目近年来也迎来了蓬勃发展。他们中的大多数人都设想在未来10到20年内实现融合反应，并共同吸引了20亿美元的资金，以超过传统的发展部门。
　　虽然这些计划使用其他创新技术实现聚变，可以很好地快速交付运行中的反应堆，但在世界各地部署一批反应堆肯定需要时间。
　　如果按照当前这种速度的发展，到2060年，核聚变技术就实现质的突破，未来核聚变能源将占全球能源需求的1左右。
　　尽管这些技术的突破令人兴奋，但不得不悲观地估计，核聚变最早将成为本世纪下半叶的新能源，并不能马上能够应用到生产中。