新浪科技訊 北京時間12月14日上午消息，據報道，當地時間周二，美國能源部（DOE）宣布，研究人員在核聚變方麵取得曆史性的突破，首次從(cong) 一個(ge) 實驗性核聚變反應堆中實現了“淨能量增益”，這讓許多人對未來生成更多的清潔能源充滿了希望。

　　這一突破是由美國加州勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）“國家點火裝置”（NIF）研究人員在12月5日取得的。對許多人來說，核聚變可能是一個(ge) 新概念，但自20世紀40年代以來，科學家們(men) 就一直在研究它。但是，研究人員卻麵臨(lin) 著一個(ge) 嚴(yan) 峻的挑戰：如何生產(chan) 出更多的能量（高於(yu) 所消耗的能量），這幾乎是一個(ge) 不可逾越的挑戰，直至今日。

　　這一次，研究人員向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，最終產(chan) 生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，即產(chan) 生的能量較輸入的能量高出50%多。這也是研究人員首次在實驗中取得有意義(yi) 的能量增長。

　　什麽(me) 是核聚變呢？

　　核聚變就是兩(liang) 種較輕的元素結合在一起，形成較重的元素的過程。這與(yu) 太陽提供能量的方式相同，即氫原子的質子在核心以令人難以置信的高溫猛烈碰撞，融合在一起產(chan) 生氦原子。

　　在地球上，核聚變是通過融合元素氘（重氫）和氚（超重氫）來實現的。氘的含量非常豐(feng) 富，可以在水中找到，尤其是海洋中。而氚的含量較低，主要存在於(yu) 我們(men) 的大氣中，是宇宙輻射的結果。此外，氚也可以在核爆炸中產(chan) 生，是核反應堆的副產(chan) 品。

　　太陽的巨大引力使它能夠聚變氫原子，但要在地球上創造聚變，科學家需要施加大約1億(yi) 攝氏度的極高壓力和溫度，即比太陽核心溫度高10倍。

　　雖然有不同的方法來嚐試產(chan) 生核聚變，但勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）“國家點火裝置”（NIF）的研究人員使用了192束激光，聚焦在一個(ge) 圓柱體(ti) 的內(nei) 壁上，該圓柱體(ti) 內(nei) 有一個(ge) 非常小的“膠囊”裝置，裏麵裝著聚變燃料：氘和氚。當激光射向目標時，它們(men) 會(hui) 產(chan) 生X射線，然後擠壓燃料，在極短的時間內(nei) 蒸發“膠囊”裝置，所產(chan) 生的衝(chong) 擊波會(hui) 粉碎氫原子，使它們(men) 融合並釋放能量。

　　雖然此次產(chan) 生的能量很小，大約3兆焦耳（足夠給一個(ge) 燈泡供電），但它標誌著核聚變能源的曆史性首次，因為(wei) 激光隻發射了略高於(yu) 2兆焦耳的能量，即產(chan) 生的能量，較輸入的能量高出50%多。

　　它與(yu) 現有核能有什麽(me) 不同？

　　談及核能，許多人可能會(hui) 想到我們(men) 今天擁有的核反應堆。但不同的是，這些反應堆使用的是“核裂變”。

　　裂變與(yu) 聚變正好相反，聚變迫使原子聚集在一起，而核反應堆（裂變）通過分離重原子來產(chan) 生能量。

　　核聚變還能產(chan) 生清潔能源。與(yu) 核反應堆不同，這一過程不會(hui) 產(chan) 生副產(chan) 品，如核電廠中發現的乏燃料棒（spent rod）。

　　另外，與(yu) 裂變不同，核聚變不會(hui) 發生核熔毀現象，也不能用來製造核武器。

　　國際原子能機構（IAEA）還解釋說，雖然氫彈確實使用聚變反應，但需要第二顆裂變炸彈來引爆它。

　　為(wei) 什麽(me) 說核聚變很重要？

　　當前，地球正麵臨(lin) 著幾個(ge) 世紀以來燃燒化石燃料造成的氣候危機。其結果是，洪水、幹旱、海平麵上升等現象將會(hui) 加劇。我們(men) 已經看到這種情況正在發生，地球變得越暖，這些災難就會(hui) 變得越嚴(yan) 重。

　　如今，地球已經變暖了大約1.2攝氏度。根據2015年《巴黎氣候協議》設定的目標，我們(men) 要在本世紀末將其控製在1.5攝氏度以內(nei) ，這樣才能使與(yu) 氣候相關(guan) 的災難減少。因此，科學家和工程師一直在努力開發具有成本效益的清潔能源。

　　這就是核聚變的用武之地。它不會(hui) 產(chan) 生有害的二氧化碳或甲烷，而且效率很高。根據國際原子能機構（IAEA）的說法，聚變每公斤燃料產(chan) 生的能量是裂變的四倍，是燃燒石油或煤炭的近400萬(wan) 倍。

　　美國能源部長詹妮弗·格蘭(lan) 霍姆（Jennifer Granholm）周二在一份聲明中表示：“這是一項裏程碑式的成就，讓我們(men) 更接近於(yu) 擁有豐(feng) 富的零碳聚變能源，從(cong) 而幫助人們(men) 解決(jue) 人類最複雜和最緊迫的一些問題，包括提供清潔能源來應對氣候變化。”

　　何時才能用聚變作為(wei) 能源呢？

　　雖然這是曆史性的第一次，但這並不意味著我們(men) 已經準備好大規模生產(chan) 能源。

　　勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）負責人金·布迪爾（Kim Budil）稱，這一成就是人類有史以來解決(jue) 的最重大的科學挑戰之一。但是，到目前為(wei) 止，無論是在科學上，還是技術方麵，都存在著不小的障礙。

　　布迪爾說：“這隻是一次實驗成果，要實現商業(ye) 聚變能源，必須要持續產(chan) 生這樣的結果，必須要有一個(ge) 強大的驅動係統來實現這一點。”。她還補充說，盡管不需要一些科學家之前預期的那麽(me) 長的時間，但至少需要幾十年的時間才能開發出足夠的基礎技術來建造一座核聚變電站。

　　除了美國，還有其他一些國家在研究核聚變。在法國，有一個(ge) 多方合作的國際熱核實驗反應堆（ITER），這是一個(ge) 重2.3萬(wan) 噸、高近30米的大型核聚變反應堆，計劃在大約10年後開始運營。

　　在加拿大，General Fusion等私營公司也在研究相關(guan) 技術。此外，中國、英國和德國的一些民營企業(ye) 在致力於(yu) 聚變方麵的研究。

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！