本文来自微信公众号：新智元 （ID：AI_era），编辑：编辑部，原文标题：《今晚，见证历史！人类或首次实现，可控核聚变“重大科学突破”》，题图来自：视觉中国
爆炸性消息！史上首次，人类实现了核聚变反应的净能量增益。
净功率增益，即产生的聚变功率与用于加热等离子体的功率之比率。
美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL），从一个实验性核聚变反应堆中，让核聚变反应产生的能量多于了这一过程中消耗的能量。
这就意味着，人类朝人造太阳的目标，又近了一步。
而化石燃料和传统核能，或将退出历史的舞台！
核聚变反应净能量增益，意味着什么
“核聚变”究竟是什么呢？简单地说，就是两个轻原子核结合成一个较重的原子核，并释放出巨大能量的过程。
我们都知道，万物生长靠太阳，太阳是地球上一切生命的源泉，那太阳的能量来自于哪里呢？就是核聚变。
在这个热核反应中，两个氢原子碰撞并聚合成氦原子，氦的质量比原来的氢原子略小。因此，根据爱因斯坦标志性的E=mc²质能方程，这个质量差会转化为能量爆发出来。
这种能量，使我们人类得以生存。
理论上，只要有几克氘（重氢）和氚（超重氢）的混合反应物，就有可能产生一太（万亿）焦耳的能量，这大约是发达国家的一个人60年内所需的能量。
既然核聚变能产生如此大的能量，那我们人类能不能自己DIY这个过程，造出个“人造太阳”？
没错，科学家们早就开始这么想了。
自从人类开启了和平利用核能的研究，如何在可控的条件下利用核聚变反应产生的能量，一直是人类的终极目标（而目前的核电站，原理是核裂变反应）。
但是，利用核聚变最大的难题之一是，核聚变过程本身也会消耗巨大的能量，该如何让核聚变反应释放出的能量大于输入的能量，而且让这个过程可持续呢？
从重复实验的失败中不难看出，研究人员在很长一段时间内，仍然无法精准理解、操纵和预测这类高能实验。甚至知友“氯甲烷”调侃称：“我觉得人类科技可能真的被智子锁死了”。
复刻核聚变为何如此之难？
为什么人类想要复刻核聚变，会这么难呢？
这就要从核聚变反应的条件说起。核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中。等离子体是一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体，具有不同于固体、液体和气体的独特性质。
为了实现聚变，原子核需要在超过1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞，以使它们能够克服相互间的电排斥力。
一旦原子核克服了这种排斥力，并进入彼此非常接近的范围，它们之间的核力吸引力将超过电排斥力，从而使它们能够实现聚变。
要做到这一点，众多原子核必须被约束在一个小空间内，以增加碰撞的机会。
在太阳中，存在巨大的引力，而这种引力所产生的极端压力，正为核聚变的发生创造了条件。
然而，太阳中有着能够诱发核聚变的巨大引力，我们人类却没有这样的自然条件。
在地球上，要想使氘和氚发生聚变，就需要超过1亿摄氏度的温度和强大的压力，还需要充分的约束，才能使等离子体和聚变反应保持足够长的时间。
现在，我们人类的实验中已经非常接近核聚变反应堆所需的条件，但仍需改进约束性能和等离子体的稳定性。来自50多个国家的科学家们，在不断试验新材料，设计新技术。
不过，就像我们在上文所看到的，许多实验已实现聚变，但并未实现净功率增益。
而这次突破，是否意味着我们就要用上纯粹的清洁能源了呢？其实并没有。
首先，即使单纯从数据上看，120%的能量净增比例仍然是远远不够的。据科学家估计，如果要将核聚变技术落地实用，能量输出必须至少比进入的激光器的能量高出几倍才有可能。
而且，这次实验中的NIF的激光器效率极低，也就是说，实验中供给激光器的能量中，只有很小一部分实际进入了激光束中，实际参与了激发核聚变的反应中，大部分能量都被浪费掉了。
按照这种转换效率，即使未来的激光器（比如固态激光器）能够进一步提升转换效率，但距离100%的核聚变应用，仍然是很遥远的事情。
但是至少，我们实现了从0到1的一步。
我国新一代“人造太阳”再次取得进展
建人造太阳的，不止是美国的科学家。早在20世纪50年代，我国也开始了可控核聚变的研究。
与LLNL采用的“惯性约束聚变”方法不同，迄今为止大多数核聚变研究都采用名为“托卡马克”的圆环形反应堆。
它的原理是：在反应堆内，将氢气加热到足够高的温度，让电子从氢原子核中剥离，形成等离子体（带正电的核和带负电的电子云）。磁场将等离子体困在圆环形状的装置内，将原子核融合在一起，以中子的形式释放出能量向外飞去。
2020年12月4日，由中核集团核工业西南物理研究院自主设计、建造的新一代“人造太阳”建成并实现了首次放电。
2022年10月，相关研究再次取得重大进展——HL-2M等离子体电流突破100万安培（1兆安）。
这不仅创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，也标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步。
其核心参数是等离子体电流强度，而等离子体电流达到100万安培（1兆安）是其实现聚变能源的必要条件，未来托卡马克聚变堆必须在兆安级电流下稳定运行。
此次突破意味着该装置未来可以在超过1兆安培的等离子体电流下常规运行，这对我国自主设计运行聚变堆具有重要意义。
据悉，对于劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的这次实验的重大公告，美国能源部预计将在美国太平洋时间周二上午7点，也就是北京时间的今晚23点左右进行直播。我们能亲眼见证历史的进程吗？
参考资料
https://www.ft.com/content/4b6f0fab-66ef-4e33-adec-cfc345589dc7
https://www.washingtonpost.com/climate-solutions/2022/12/12/nuclear-fusion-breakthrough-benefits/
https://www.nature.com/articles/d41586-022-02022-1
https://www.163.com/dy/article/HF5BLDSD0511F2M4.html
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