美国核聚变研究取得重大突破，六个方面带你全面解读

当地时间12月13日，美国能源部官员宣布，由美国政府资助的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室，首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，即聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量。这一重大突破，也象征着在清洁能源未来的研究上取得了里程碑式的跨步。

什么是核聚变？

与核裂变中重原子被分裂相反，核聚变是使两个较轻原子的微小粒子受热并结合在一起，形成一个更重的粒子，而在此过程中产生的热能便是科学家们想要为人类提供的清洁能源。

目前全球的核电站都是通过核裂变来发电的。

为什么核聚变如此重要？

核裂变过程中会产生一些具有危险性的放射性废料，这些废料只有被安全地储存才能避免对地球带来二次伤害，但由于其衰变较慢，储存时间可能要长达数百年。

相比之下，核聚变产生的废料放射性较低，衰变更快，且大多数聚变实验使用的材料氢可以从海水和锂中低成本提取，在一定程度上意味着燃料供应可以持续数百万年。

核聚变是如何工作的？

当两个轻元素的原子被加热并结合形成一个更重的元素时，核反应会产生大量可被捕获的能量。但由于两个相同的元素具有同样的、会互相排斥的正电荷，结合起来是非常困难的。

在太阳中，归功于极高的温度和巨大的压力，两个相同的元素可以轻易结合。而在地球上，尽管长期以来科学家们已经使用了各种不同的技术，却仍无法重新创造可以维持足够长时间的高温高压。

这一状况直到近日发生了变化，美国国家点火装备宣布，它成功地使用了192束激光将少量的氢气转化为足够的能量来为大约15-20个水壶供电。这意味着，科学家们第一次能够产生比实验中的激光更多的能量。

大规模核聚变何时能实现？

英国JET实验室的核聚变反应堆 图源 盖蒂图片社

尽管物理学家对美国的研究结果表示欢迎，并将其描述为一个真正的突破时刻，但他们指出，仅仅是美国国家点火装备成功地使用激光将少量氢气转化为能量为水壶供电这一项研究就耗资数十亿美元，因此在核聚变被用于家庭或企业发电之前，还需要进行更多的工作。

核聚变的安全性如何？

启动和维持核聚变反应所需的条件非常极端，以至于它几乎不可能失控。国际原子能机构的研究人员解释说：“聚变是一个自我限制的过程，如果你不能控制反应，机器就会自动关闭。与核裂变相比，该工艺产生的放射性废料水平较低，也更易于处理和储存。”

核聚变可以帮助解决全球变暖问题吗？

核聚变不依赖石油或天然气等化石燃料，也不产生导致全球变暖的温室气体，同时也无需像太阳能和风能那样，依赖有利的天气条件。

核聚变只需使用地球上发现的两种相对丰富的材料：锂和氢，所以对于解决全球气候变暖有很大的帮助。根据目前的实验数据显示，大规模使用核聚变可以帮助各国实现到2050年“净零”排放的目标。

多年研究终获突破，一旦核聚变能够成功商业化，或将意味着人类拥有了取之不尽的能源。