历史上第一次可控核聚变实验，实现了“核聚变点火”(fusion ignition)
【2022.12.13】消息，美国能源部周二宣布，其下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施的一个团队进行了历史上第一次可控核聚变实验，实现了“核聚变点火”(fusion ignition)，创造了历史。这意味着人类在可控核聚变实验中，首次首次超出了聚变阈值，实现了大于1的能量增益（也即从聚变中产生的能量，比用于驱动它的激光能量更多）。
美国能源部长 Jennifer Granholm 指出，这次实验的成功，是在核聚变研究，在核技术，在能源史上都极为重要的里程碑事件。
而对于本次实验的成功，Budil 博士对高能激光所扮演的地位给予了幽默的评价：
“就像大家知道的那样，我们的实验室简称 LLNL，其实是‘Lasers, Lasers, Nothing but Lasers’ 的意思……”
LLNL 主任 Dr. Kim Budil
白宫首席科学顾问 Arati Prabhakar 博士，更是感慨万千：
“在我19岁的时候，我就在这个实验室实习过，当时他们给了我一根‘激光笔’玩，那个夏天我过得非常充实。
后来我离开了这里，去做了其它更不值得一提的工作。但我的同事们，以及他们的后辈和后辈的后辈，却从未停止尝试……
他们获得过骄人的成绩，也历经了无数令人难以置信的挑战和痛苦——今天的我们都已经白了头发，但他们从未放弃这一目标，直到上周……我相信这是一个关于‘坚持’的最佳例证。”
美国能源部称，12月5日，LLNL核聚变实验释放的能量超过了输送给目标的激光能量，跨越了核聚变点火的阈值。
为了实现聚变点火，科学家使用了总计192束高能激光，射向装有氘﹣氚（读作dāo-chuān）燃料球的环空器。
环空器 (hohlhraum) 是一种圆筒形器皿，头尾两端开孔，内壁涂有黄金等特殊涂层。在下图中，美国核安全局副局长 Marvin Adams 展示了实验所用的环空器（同款）。
注意，环空器其实并非他手中的“玻璃杯”，而是在里面装着的另一个小筒，大概只有手指指节的大小，如他的左手所示：
在 NIF 的实验中，科学家将燃料球装在环空器内并进行加压，然后通过环空器两端的孔洞射入激光，照射环空器的内壁。
特殊涂层被加热到大约300万℃的高温，发出强烈的 X 光束，进而照射在燃料球上。
燃料球的外层被X光照射，产生爆裂。其反作用力会以震波的形式继续向内部传播，使得内部的氘﹣氚元素形成高压高温，产生自发性的燃烧，导致内爆（能量和物质快速对称地向内聚合），并连锁触发聚变反应。
——以上的过程，就是高能量惯性约束聚变的基本过程。它的用时极短，只有大约几十甚至上百万分之一秒。它的尺度也很小，毕竟燃料球只有“一枚花椒粒”那么大。
但是，也正是在这个极短的过程中，这个环空器内，其实模拟了一颗微小的恒星。
接下来，让我们来深入浅出地了解一下，这次意义无比重大的可控核聚变实验，这场长达60年的追逐，到底是怎么一回事。
这样的实验，在 NIF 并非第一次进行。事实上，该实验室在过去已经进行过“无数次”可控聚变实验了。
而在过去，无论是 NIF/LLNL，还是欧洲的公立研究机构，以及全世界各国各种各样的私营研究机构，进行的所有可控聚变实验，都从未实现过盈亏平衡——说白了，就是“为了发电，反而用了更多的电”。
美国知名科普作者、天体物理学家 Neil deGrasse Tyson 表示：
“你获得的能量比你投入的能量更多——我们终于来到了这一天。”
核聚变研究从上世纪50年代就已经开始，但进展一直非常缓慢（以至于过去随便一点小成绩都值得大书特书）。在过去，最大的挑战是高温问题难以解决。
具体来说，科学家需要在实验室环境内创造出像太阳那样的极高温、高压的环境，才能让燃料加热到离子化产生聚变。然而一般容器无法应付如此高的温度，需要对容器和反应进行“约束”，放置离子溢出容器。
就是聚变产生的能量，比触发聚变所消耗的科学能量更高。也就是说，用这种做法来产生能源，值了！
具体来说，实验总计使用了大约300兆焦的电能，聚焦到高能激光束的输出达到了2.05兆焦，而通过科学的观测手段取得的实验结果显示，瞬时聚变产生的能量达到了3.15兆焦。
产生的能量，除以激光输出的能量，结果大于一，这种情况在科学上称为“科学能源盈亏平衡” (scientific energy breakeven)。
大家可能还记得，我们在前一小节提到，NIF 实验人员对激光照射反应逻辑和对环空器的设计，都是为了提高聚变反应的效率，让燃料球“内爆”的再快一点。
为什么要提高效率？因为如果效率能够超过某个阈值，就会出现一种极为特殊的情况：产生的能量超过输入的能量，也即实现大于1的能量增益（正能量增益）
这样的情况，在过去难以实现。科学家们花了整整70年，距离这个目标却一直非常远：比如在2013年10月15日，NIF 的某一次前序测试才勉强实现了0.0078的能量增益，比正能量增益的1/125还不如。
而在十年后，NIF 终于跨过了正能量增益这一里程碑：在不到10纳秒（1秒=十亿纳秒）的时间里，整个燃料球完成了它的聚变反应，并实现了超过1的能量增益——这当然是件非常值得令人兴奋的事情。