核聚變研究重大突破 實驗室中成功「點火」獲得證實

核聚變研究領域的一項重大突破在一年後終於得到證實。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的國家點火設施（NIF）的研究人員於2021年8月8日記錄了第一宗核聚變成功點火實例，其結果在整整一年後的三篇經同行審議的論文中得到確認。

核聚變為太陽及其它恆星提供動力：重氫原子以足夠的力量碰撞、融合在一起形成一個氦原子，由此釋放出大量能量作為副產品。一旦氫等離子體成功「點火」，聚變反應就會自我維持，聚變本身會產生足夠的能量來維持溫度而無需外部加熱。

聚變反應期間的點火，本質上意味著反應本身產生足夠能量用以自我維持，這對於使用聚變發電來說是必要的。

如果我們能利用這種反應來發電，那將是最有效、污染最少的能源之一。不需要化石燃料，因為唯一的燃料是氫，唯一的副產品是氦，工業中常常會用到氦，而且供不應求。

目前核聚變能源的問題是：我們沒有技術能力來利用這種能量。來自世界各地的科學家目前正在專注攻克這一難關。

在LLNL這一最新里程碑中，研究人員僅在幾納秒內就記錄了超過1.3兆焦耳（MJ）的能量產出。作為參考，1焦耳相當於施加1牛頓作用力經過1米的距離所需的能量。

LLNL慣性約束核聚變項目的首席科學家奧馬爾‧哈瑞坤（Omar Hurricane）在8月8日的一份聲明中說：「這是一項重大科學進步，確定了實驗室中獲得核聚變點火在國家點火設施（National Ignition Facility, NIF）是可能的。」

「實現點火所需的條件一直是所有慣性約束核聚變研究的長期目標，並開闢了一種新的實驗機制，其中阿爾法粒子（alpha-particle）自熱超過了聚變等離子體中的所有冷卻機制。」

在為達到成功點火而進行的實驗中，研究人員使用由氘-氚製成的緻密活塞加熱並壓縮同樣由氘-氚燃料構成的中心「熱點」，從而產生一個超熱、超高壓的氫等離子體。氘-氚是分別具有一個和兩個中子的兩種氫原子的混合體。

「當聚變過程中產生的阿爾法粒子，在粒子吸收過程中產生的熱量在一段時間內克服了系統中的熱量損失機制時，就會發生點火，」作者在論文中說。

這一具有里程碑意義的成果是經過數千研究者多年的研發才完成的，僅物理評論快報論文就包含了1,000多名作者。

儘管之後的多次實驗未能達到與2021年8月實驗相同的能量產量，但均達到了比之前的實驗更高的能量。這些後續行動的數據將幫助研究人員進一步簡化聚變過程，並進一步探索核聚變作為未來發電的真正選項。

哈瑞坤在聲明中說：「在實驗室裏有一個點火的『存在證明』是非常令人興奮的。」

三篇相關論文於8月8日同一天分別發表在《物理評論快報》和《物理評論E》期刊。#

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