2022 年 12 月，经过十多年的努力和挫折，美国国家点火设施 （NIF） 的科学家宣布，他们通过产生聚变反应创造了一项世界纪录，该反应释放的能量多于消耗的能量——这种现象被称为点火。他们现在已经通过一次又一次地复制这一壮举来证明这一壮举并非偶然，美国总统乔·拜登（Joe Biden）的政府正在寻求通过建立三个美国研究中心来帮助推进科学，从而在这一成功的基础上再接再厉。

位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的体育场大小的激光设施在过去六次尝试中的四次中明确地实现了点火目标，产生了一种反应，产生的压力和温度高于太阳内部发生的压力和温度。

“我感觉很好，”物理学家理查德·唐（Richard Town）说，他是LLNL实验室惯性约束聚变科学项目的负责人。“我认为我们都应该为这一成就感到自豪。

NIF不是作为发电厂设计的，而是作为重建和研究1992年美国停止地下武器试验后热核爆炸期间发生的反应的设施。更高的核聚变当量已经被用于推进核武器研究，也激发了人们对核聚变作为无限清洁能源的热情。美国国务卿约翰·克里（John Kerry）上周在迪拜举行的COP28气候峰会上呼吁建立新的国际伙伴关系，以推进聚变能源，负责监督NIF的美国能源部（DOE）随后宣布了新的研究中心，由劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore），纽约罗切斯特大学（University of Rochester）和科罗拉多州立大学（Colorado State University）领导。

对许多人来说，建立NIF是“信仰的飞跃”，它的成功对核聚变社区以及公众的看法产生了真正的影响，弗吉尼亚州威拉姆斯堡威廉玛丽大学的物理学家Saskia Mordijck说。“从这个意义上说，重要的是科学家说他们可以做点什么，然后他们确实做了点什么。

NIF的工作原理是向氢同位素氘和氚的冷冻颗粒发射192束激光，该颗粒装在悬挂在金圆柱体内的金刚石胶囊中。由此产生的内爆导致同位素融合，产生氦和大量能量。2022 年 12 月 5 日，这些聚变反应首次产生的能量比传递到目标的激光束多出约 54%。

该设施在7月30日创下了新纪录，当时其光束向目标提供了相同数量的能量（2.05兆焦耳），但这一次，内爆产生了3.88兆焦耳的聚变能量，比输入能量增加了89%。实验室的科学家在10月份的两次尝试中实现了点火（参见“一年的进展”）。实验室的计算表明，另外两个在6月和9月产生的能量略高于激光提供的能量，但不足以确认点火。

对于许多科学家来说，研究结果证实了实验室现在正在一种新的制度下运作：研究人员可以反复实现他们十多年来一直在追求的目标。激光脉冲的微小变化或钻石胶囊中的微小缺陷仍然会使能量逸出，从而造成不完美的内爆，但科学家们现在更好地了解了起作用的主要变量以及如何操纵它们。

“即使我们遇到这些问题，我们仍然可以获得超过一兆焦耳的聚变能量，这很好，”NIF这一系列实验的首席设计师Annie Kritcher说。

然而，从那里向电网提供聚变能源还有很长的路要走，而NIF虽然目前拥有世界上最大的激光器，但并不适合这项任务。该设施的激光系统效率极低，单次点火尝试中超过 99% 的能量在到达目标之前就已经损失了。

开发更高效的激光系统是美国能源部新的惯性聚变能研究计划的目标之一。本月，该机构宣布在四年内投入4200万美元，建立三个新的研究中心，每个研究中心都涉及国家实验室、大学研究人员和行业合作伙伴，这些中心将致力于实现这一目标和其他进展。

这项投资是科罗拉多州立大学（Colorado State University）领导该中心的物理学家卡门·梅诺尼（Carmen Menoni）说，这项投资是第一次协调努力，不仅要开发技术，还要为未来的激光聚变行业开发劳动力。

到目前为止，政府对聚变能研究的大多数投资都流向了被称为托卡马克的设备，这种设备利用甜甜圈形“环面”内的磁场来限制聚变反应。这是国际热核聚变实验堆（ITER）正在开发的方法，该国际热核聚变实验堆（ITER）是一个国际合作伙伴，旨在在法国圣保罗-莱兹-杜兰斯附近建造世界上最大的核聚变设施。托卡马克也一直是私营部门许多聚变投资的重点，但数十家公司正在寻求其他方法，例如激光聚变。

Menoni说，专门的激光聚变计划的时机是正确的，如果没有NIF最近的成功，就不会做出追求它的决定。“我们现在知道它会起作用，”她说。“需要时间的是将技术发展到我们可以建造发电厂的水平。

回到NIF，Kritcher的最新系列实验将激光能量提高了7%，从理论上讲，这应该会带来更大的产量。该系列的第一次实验是10月30日成功点火的一次。虽然它没有打破记录，但输入2.2兆焦耳的激光能量产生了3.4兆焦耳的聚变能量输出。

Kricher认为，新的激光配置并没有打破能量产量的记录，该配置旨在将更多能量压缩到同一个金圆柱体中。在转向更大的圆柱体之前，Kricher说她的团队将专注于激光脉冲的变化，这可能会产生更对称的内爆。“我们明年有四个实验，”她说。“让我们拭目以待。”