美国“人造太阳”未来可提供安全环保的廉价能源

　　太阳这颗大火球发光发热，靠的是核聚变反应。这种反应其实人类也实现过——氢弹，可在瞬间产生大量热能，但尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。

　　据美国《华尔街日报》2月14日报道，美国研究人员在受控核聚变的实验中，取得一项关键进展，首次在核聚变实验“点火”时，实现了能量“盈余”。虽然只持续了短短的一瞬，但这项实验令外界看到可控核聚变得以实现的希望，或还可以模拟类似恒星内部的环境，开展相应的基础科学研究。

　　NIF制造出“微型太阳”

　　核聚变和核裂变，这两个词估计大家并不陌生。简单来说，核聚变就是小质量的两个原子核，合成一个比较大的原子核;核裂变就是一个大质量的原子核，分裂成两个比较小的原子核。在这两种变化过程中都会释放出巨大的能量，而核聚变释放的能量更大。

　　目前核电厂是通过核裂变发电，那是不是也能有通过核聚变来发电的核电厂呢?据资料显示，核聚变是任何已知的产生能量过程中，最高效的一种，核聚变燃料可以从自然界获得，且几乎没有产生有毒副产品或发生核熔毁的风险。

　　点火装置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上)。

　　人类已经实现了不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸，这让人们意识到了核聚变的力量。但是要想让这种核聚变能量受到控制，并被有效利用，即实现受控核聚变(俗称“人造太阳”)，条件却非常苛刻——原子核要在超高温和高压下相互融合。

　　引发核聚变反应，首先要向核燃料中输入能量，可以理解为“点火”。只有让核聚变产生的能量，超出“点火”所消耗的能量，才能将其作为有效的能量来源。太阳中心温度高达1500万摄氏度，还有巨大的压力，而在地球上无法获得那么大的压力，要想“点火”，只有通过大幅度提高温度来弥补。

　　美国能源部下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室，成功复制了这一制造能量的过程，创造了一颗“微型太阳”。该实验室的物理学家哈瑞肯和他的研究团队，使用全世界最强力的激光核聚变装置——国家点火装置(简称NIF)，朝一个豆粒大小的靶标发射激光，触发了核聚变反应，在不到一秒钟的时间内，释放出了巨大的能量。

　　受控激光核聚变装置中的“氘-氚靶丸”和盛放靶丸的镀金辐射腔。

　　首次实现能量“盈余”

　　据研究人员报告说，他们在实验中先将极少量的氢同位素核燃料，均匀裹在一个直径2毫米的球状颗粒上，核燃料的厚度仅相当于一根头发丝，然后将小球装入一个微型“胶囊”中。研究人员利用激光，将“胶囊”迅速加热到比太阳还高的温度，使其内部发生剧烈爆炸。

　　此前的实验中发生内爆后，球状颗粒通常会变形，降低了能量持续产生的效率。而此次实验取得这一新进展的关键，就在于更加精准控制了核燃料在球状颗粒表层的铺设，使核聚变中产生的氦原子核，可将能量再次转移至核燃料中，引发进一步的核聚变反应，从而产生更多能量。

　　这一研究论文于2014年2月13日发表在《自然》杂志上，论文第一作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室物理学家哈瑞肯说，通过使用这种技术，他们在全世界范围内，首次实现了燃料释放出的能量，超出了输入燃料的能量，也就是首次在完成“点火”时，实现了能量“盈余”。这是实现控制核聚变切实可行的前提条件，说明了只要激光与劳伦斯利弗莫尔国家实验室所用的激光有类似尺度，就有可能实现核聚变“点火”。

　　研究人员采用的是惯性约束核聚变法，也就是使用192支可产生1.8兆焦耳能量的强激光，替一颗用氘(氢的一种稳定形态同位素，也被称为重氢)、氚(氢的另一种同位素，也称超重氢)等做成的燃料芯块，进行加热和压缩直至核聚变反应发生。最终核聚变反应产生的能量，大约是以前记录的10倍。

　　据了解，NIF这一设施位于加州，是一座10层楼的建筑，占地面积约为三个足球场大小。该设施建筑成本35亿美元，2009年投入使用。自那以来，该设施的运营成本已经达到数亿美元。

　　受控核聚变应用仍遥远

　　虽然是首次实现了“盈余”，不过研究人员也指出，实验中所取得的能量“盈余”十分有限，离最终实现所谓的“点火”还差很远。要让核聚变反应持续发生，这一“盈余”必须达到实验所投入能量的百倍以上，这是核聚变发电切实可行的前提条件。

　　在此前的实验中，激光能量大多耗散掉，没能抵达燃料。研究的下一个目标便是实现“总增益”。受控核聚变真正为人类所用，仍是一个“十分遥远的希望”。

　　核工程专业、爱好者、翻译达人的果壳网网友玛雅蓝做了一个形象的比喻——做核聚变实验，就像在一台坑爹的自动售货机买东西。过去它一直吞钱，去年11月的时候科学家投了一百块，它终于出来一瓶5块钱的可乐，但掉在地上洒了你喝不到。这次你终于能喝到了，但还是太贵。