本周，一条消息刷爆了朋友圈：美国能源部12月13日宣布，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）首次实现了所谓的“能量净增益”，即核聚变反应产生的能量超过输入的能量。不少媒体对此跟进,出现了诸如“核聚变里程碑式突破，人类将告别化石能源时代？”等文章。
复刻太阳的聚变约束，难在哪？ 当下我们讨论核电站时，讨论的往往是各种“水堆”，包括轻水堆、重水堆、沸水堆等等。这源于现时商业化运转中的反应堆多是第二代反应堆与少数第三代反应堆系统，其冷却剂甚至慢化剂基本都是水。随着第三代反应堆即将进入大规模商运，第四代反应堆技术已不再遥远。近年来有关聚变研究进展的新闻并不鲜见，聚变堆发电似乎也已雏形显现。 磁约束，顾名思义，需要用磁场来约束聚变物质，目前最常见的装置为托卡马克、仿星器等。比如该路线的主攻方向之一采用托卡马克（Tokamak）装置，这是一种环形容器，用磁场形成一个“磁笼”将等离子体束缚住，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，实现受控核聚变。这种装置又称环磁机，名字来源于其的关键词——环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnet）、线圈（kotushka）。 惯性约束路线，则是利用内爆产生的向心运动物质的惯性来约束高温热核燃料等离子体。有点类似太阳那种双力“左右互搏”的味道，可用于惯性约束的驱动器主要包括高功率激光装置、Z箍缩装置和重离子束装置等。 这次大新闻的主角——美国国家点火装置（NIF)正是LICF领域的代表性装置。我国的神光系列和法国LMJ 装置也是LICF的代表性装置。值得一提的是，“神光-III”主机装置的建成标志着我国高功率固体激光技术进入全新的历史阶段，使世界惯性约束聚变研究形成美、中、欧三足鼎立之势，是显示我国综合国力和核心竞争力的重要标志之一。 NIF装置部分外观 NIF装置当年的修建现场（1997） NIF装置全貌 当Q=1，聚变反应所释放的功率等于维持反应所需的加热功率时，称为收支平衡。我们至少需要Q>1，才能实现能源增益。当然这是理想情况，也就是所谓的“科学收支平衡”，此外还有工程收支平衡、经济收支平衡和推断收支平衡。聚变堆商用必须一座一座地越过这几个收支平衡大山。 不可否认，每一次Q值的突破都是里程碑，但这是科研上的进展，离产生上百倍的高增益目标还差得很远，更别说变成真正清洁、无限能量的“人造太阳”。 劳森判据标准 2006年启动的ITER的目标是产生50万千瓦的聚变功率，离子温度1.5亿度，维持至少400秒，放电3000秒，能量增益Q＞10。 发布会上，劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任金·布迪尔坦言，如果想将这一成果商业化，核聚变技术仍有“重大障碍”需要克服，可能还需要几十年的努力和投资。包括实现每分钟完成多次聚变点火，并拥有稳健的驱动程序系统等。 抛开能源属性和价值，还可以从另外一个角度来看该事件。 NIF由美国能源部下属管理核武器的国家核安全局负责运行，它的主要任务是实现能产生高能量的聚变反应，并为美国核武器储备的维护提供指导。这可以帮助美国绕过因《全面禁止核试验条约》而停止的地下核试验，转而以较小的规模进行核反应实验，并从中收集数据。 美国能源部部长詹妮弗·格兰霍姆在发布会上称，NIF的突破性成果有助于美国“在不进行核试验的情况下维持核威慑力”。劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的武器物理和设计项目主任马克·赫尔曼表示，该实验本身创造的非常极端的环境，更加接近于核武器爆炸。 核能领域向来具备军民两用属性，如果该实验的定位不仅仅是聚变能的商用呢？正如杜祥琬院士所指出的，“该实验的定位不是商用的能源装置，美国此次开展的激光能可控核聚变，根本目的是研究核武器相关的物理问题。” 如果是出于核武器研究，那么前文所提及的持续时间、能量导出等问题，就都不是问题了。 因此，针对这次NIF的里程碑成果，从能源角度来看，可以让子弹再飞一会儿；但是从核武器角度来看，则有些发人深思了。 （作者系国内核聚变领域研究人员。）
