戍天九思原創第566期
據央視新聞報導，當地時間13日，美國能源部官員宣布，由美國政府資助的加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），首次成功在核聚變反應中實現「淨能量增益」，即聚變反應產生的能量大於促發該反應的鐳射能量。 據悉，實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產生的能量比投入的能量多50%以上。
美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆在一份聲明中稱，這一突破是一項「里程碑式的成就」。這項成果預計將可能幫助人類在實現零碳排放能源的進程中邁出關鍵一步。
▲美國國家點火裝置NIF資料圖
此外，加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室主任表示，如果想將這一成果商業化，核聚變技術仍有「重大障礙」需要克服，可能還需要幾十年的努力和投資。
筆者跟蹤研究相關報導後發現，美國媒體報導核聚變點火成功時刻意隱瞞了關鍵背景信息，國內媒體看不懂、普遍誇大了它的實際意義，我們千萬不要再上類似當年蘇聯被美國「星球大戰計劃」呼悠的當，還是要淡定地走好中國特色的核聚變研發之路！
美國核聚變"點火成功」背後刻意隱瞞了什麼?
美國核聚變「點火成功」的意義，在於論證了雷射慣性約束核聚變技術路線的可行性。但是，美國如此大張旗鼓地宣傳，背後還刻意隱瞞了四大背景。
★實際Q值僅為0.006。（能量增益Q =輸出功率/輸入功率）。報導講的是理論Q值1.54，不是實際Q值。即：實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出。
因為美國「國家點火裝置」在產生強雷射過程中損失了大量能量，實驗中2.05 兆焦耳輸入能量是指雷射器所獲得的輸入能量，而沒有計算為整個系統供電的總能量。事實上，每次雷射照射需要500兆焦耳的電能，以400微秒的脈衝串形式傳送。因此，實際Q值為3.15/500=0.006。
這相當於原始人第一次「鑽木取火」的成功，雖然費了九牛二虎之力，但只是點燃了一支煙。
但是，核聚變商用發電Q>30—100。
★國家點火裝置（NIF）主要是為美國核武庫服務的。該裝置是在1980年為研製核武器設計的基礎上，1997年耗資 35 億美元改進而成的，它的最初設計目標就是為通過模擬爆炸來測試核武器——為美國核武庫服務，並非是為全人類發展清潔的核聚變能源。它由美國能源部下屬管理核武器的國家核安全局負責運行，它的主要任務是實現能產生高能量的聚變反應，並為美國核武器儲備的維護提供指導。
具體來說，它可以幫助美國繞過因《全面禁止核試驗條約》而停止的地下核試驗，轉而以較小的規模進行核反應實驗，並從中收集數據。
中國核物理學家、工程院院士杜祥琬說：「美國此次開展的雷射能可控核聚變，根本目的是研究核武器相關的物理問題。」
中國科學技術大學等離子體物理與聚變工程系副主任吳征威表示，美國建設NIF的初衷不是為了發電，而是為了模擬核爆炸。NIF目前還沒有針對連續獲取聚變產生熱量的完整設計；在走向未來的潛在商業化途中，NIF採用的技術方案需要考慮雷射等設施本身高昂的建設和運行成本。
▲NIF使用的環空器，用於裝核聚變燃料
★成功點火的時間非常短，僅有十億分之一秒，而且每天最多只能發射一次，而商用發電廠需要一秒鐘完成幾次發射，還需要持續穩定地發射。
★聚變物中子的破壞問題突出。2名了解該實驗結果的消息人士稱，由於能量輸出高於預期，但一些設備損壞，後續分析變得很複雜。
核聚變技術三道坎和兩條技術路線
事實上，太陽上發生的核聚變和人類目前研發的可控核聚變並不完全一樣。
★氫有三種同位素，分別是氕、氘、氚。
★太陽上發生的過程是氕氕變成氘，然後再氕氘聚變。
★人類目前在突破的是氘氚聚變。
目前，可控核聚變反應從易到難，必須解決三大難題：
第一，約束。像太陽那麼高的溫度足以燒穿任何容器，用什麼來裝核聚變反應的超高溫燃料——解決「怎麼防止燃料將爐子燒穿」的問題？
第二，點火。如何將核聚變反應的燃料加熱到像太陽那樣高溫——解決「怎麼點燃爐子裡面燃料」的問題?
第三，聚變物破壞。氘氚聚變會產生大量中子，會破壞容器，帶走聚變能量，現在還沒有任何材料可以抵抗這種中子的破壞和加熱。
目前，全球可控核聚變研發，根據約束條件的不同，主要有兩條技術路線：
一條是磁約束核聚變。這是一條國際公認、相對成熟的技術路線——托卡馬克裝置，俗稱「人造太陽」。業內普遍認為，「人造太陽」技術更為成熟。目前，全球有四大這類裝置兩個方面的突破。
★2021年12月30日，中國合肥全超導托卡馬克核聚變實驗裝置創造了可控核聚變持續時間新的世界紀錄，成功實現1056秒的長脈衝高參數等離子體運行。
▲中國「人造太陽」內部
★2022年2月9日，歐洲聯合核聚變實驗裝置在5秒內產生了59兆焦耳的持續能量，打破了該裝置在1997年創造的4秒內產生約22兆焦耳這一紀錄，創造了可控核聚變能量新的世界紀錄。
此外，還有在建的全球最大的托卡馬克核聚變實驗裝置——ITER國際核聚變實驗堆。全球第二大的托卡馬克核聚變實驗裝置——中國環流器二號M（HL-2M），已2020年12月4日在成都雙流建成並實現首次放電。
另一條是雷射慣性約束核聚變。美國有國家點火裝置，中國也有神光-III、神光- IV。
早在1957年，英國物理學家勞森提出一個判斷：
當等離子體的溫度、密度和約束時間三者乘積（即聚變三重積）等於10^22時，輸出功率等於輸入功率（即Q=1），聚變反應才能自己維持。這才叫點火成功。
目前，全球「人造太陽」的實驗，一方面是在驗證勞森判斷，另一方面也是在探索提高核聚變三重積、提高Q值。美國點火成功是全球首次。
中國雷射慣性約束核聚變研發進展
★1964年王淦昌院士撰寫了題為《利用大能量的光激射器產生中子的建議》的內部報告，文中提出利用雷射打靶產生中子的實驗想法。
★1988年12月，王淦昌、王大珩、于敏三位科學家聯名致信中央，建議在863 計劃中增設慣性約束聚變技術項目。
★1993年8月19日，863 計劃慣性約束聚變技術課題正式立項。
★2000年，上海神光-II 雷射裝置正式投入使用。
★2015年，神光-III主機雷射裝置全面投入使用，並進行第一次全功率打靶，輸出能量0.18MJ。
★2020 年，中國新一代國家點火裝置——神光— IV 建成。該系統將包含高達288 路的高功率雷射束，其總輸出功率為 2 MJ，已達到國際先進水平。而美國國家點火裝置（NIF）是192束高能雷射，這次最大輸出功率為3.15MJ。
由於這是一種軍民兩用技術，既可用於研究核聚變，也可用於發展核武器，還可用於發展雷射武器，因此，中國在這方面一直比較低調。
中美核聚變技術研發各有千秋，中國離商用可能更近一些
中國科學技術大學等離子體物理與聚變工程系副主任吳征威表示，就目前進展而言，磁約束聚變裝置運行模式更持續，能量輸出更穩定，且能量獲取模式更為成熟。
中國科學技術大學副研究員袁嵐峰講，雖然「人造太陽」技術上「無法同時實現核聚變對溫度、等離子密度和持續時間」的要求；但「人造太陽」所取得的成果，將通過預計2030年代建成的「中國聚變工程實驗堆」實現中國的核聚變之夢。
筆者認為，中美核聚變技術研發，兩條路線都在走，各有千秋，中國的重大突破在磁約束技術路線上，美國的重大突破在慣性約束技術路線上，由於全球磁約束技術路線更成熟一些，中國可能離商用核聚變更近一些。
值得關注的是磁約束核聚變最大的難點在磁場強度，雷射慣性約束核聚變最大的難點在雷射強度，中國不僅創造了「人造太陽」持續時間最長的世界紀錄，而且創造了強磁場的世界紀錄。今年8月12日中國「穩態強磁場實驗裝置」創造了場強45.22萬高斯的穩態強磁場，超越美國保持23年之久的45萬高斯穩態強磁場世界紀錄。
美國如此高調宣傳「點火成功」，其實是在故意販買焦慮、干擾中國核聚變研究路線，就像當年星球大戰計劃那樣引誘中國跟進美國拚核聚變，因為研究核聚變技術是很燒錢的，甚至可能是深不見底的燒錢黑洞，美國國家點火裝置是花35億美元改裝的，ITER國際聚變能裝置造價高達200億歐元。
總之，搞核聚變研發，既要拚科研實力，也要拚金錢，還要拚眼光、拚定力、拚運氣，必須審時度勢，量力而行，久久為功，切不可盲目跟進。