Matt Caplan博士回答有关核聚变突破的五个问题

能源部宣布核聚变技术取得突破。科学家们第一次创造了比通过聚变点火使用的能量更多的能量。这一里程碑对科学家来说至关重要，因为他们正在努力创新核技术的进一步发展。

公告发布后，伊利诺伊州立大学物理学助理教授 Matt Caplan 博士分享了他在该主题及其影响方面的专业知识。作为一名理论物理学家，他的研究使用大规模计算机模拟来研究类似于聚变实验中的恒星中的高密度等离子体。

为清楚起见，对以下对话进行了编辑。

让我们从一个基本的开始：什么是核聚变?

你在日常生活中唯一一次遇到融合这个词是在餐馆里，但它的意思是把东西放在一起。在核聚变的情况下，轻核，尤其是氢和氦，组装成稍重的元素，从而释放能量。这与我们太阳中心发生的反应相同。氢与其他氢结合生成氦。融合是星星闪耀的原因。这个反应释放出巨大的能量，每个粒子的能量是任何化学反应或燃烧反应的一百万倍。你每单位燃料有更多的能量。

这一科学突破的意义何在?

该实验是在劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置 (NIF) 进行的。这个国家点火设施已有大约 20 年的历史，它是一台巨大的机器怪兽。比如把 CEFCU Arena 变成一个巨大的物理实验。

所以这是如何工作的，他们取一粒米粒或胡椒粒大小的颗粒，用非常粗略的话说，你向它发射 100 束超强激光。这导致它在表面变得如此热以至于它会内爆，再现仅存在于恒星或核武器中的条件。压力如此之高，密度如此之高，以至于这些粒子克服了它们的电斥力。原子核都带正电并且靠得足够近以聚变，从而释放能量。

科学家们成功地做到了，他们从颗粒中发生的聚变反应中获得的能量比他们用激光加热它所花费的能量还要多。如果你花的比你出去的多，你就没有通往商业产品的可行途径，对吧?但是，如果你有净能源收益，这就是他们所报告的，那将是迈向商业能源的第一个重要里程碑。

这种能源生产方式会对我们的生活产生什么样的影响?

需要一节火车车厢的煤才能为一栋房屋供电一年。通过聚变，你可以从极少量的燃料颗粒中获得相同的能量，不超过几粒米。现在我想让你想象一下，因为它不是裂变能，不是铀的分解，所以你不会在这个过程中产生所有的乏燃料。您的乏燃料只是无害的原子核，本身不是放射性原子核。

不存在乏燃料的大量贮存问题。你的燃料每次反应都更有活力，而且是清洁的绿色能源，基本上是无限期的，因为氢无处不在。这是人们自 1950 年代以来就拥有的非常具有前瞻性的目标。

这种能源生产如何帮助应对气候变化?

如果你是一名聚变物理学家，你生活在一个被挫折、重大的未预料到的技术和技术障碍所困扰的世界。核聚变面临许多不同的挑战：激光物理学、燃料制造、材料科学等等。如果我们了解一切，我们就可以进行融合。

如果你想保留你的资金，你会说，“是的，我们将以此来应对气候变化。” 不幸的是，从现在到 2030 年代，我们不会建造社区商业聚变发电厂，届时您需要实现目标以防止气候变化造成最坏结果。重要的是要记住 NIF 是物理实验，而不是发电厂。

您希望研究人员采取哪些后续步骤?

我想强调这是一个里程碑——但从字面意义上讲，里程碑只是你在路上时经过的东西。他们在这个实验中获得了比输入更多的能量，但这并不意味着他们已经优化了他们的设计。所以，他们现在有一个公式，但谁能说这是致胜公式呢?这真的打开了各种实验的大门，让他们调整旋钮并进一步完善。

存在一个巨大的商业化问题，这远远超出了本月发生的或今天宣布的任何事情的范围。如果你想使用商业能源的惯性限制设施，你正在使用激光，你正在每秒爆破这些颗粒中的一个，并释放出大量的能量。你是怎么收集的?你怎么不破坏发生这种情况的反应室?

我要强调;这些不容易发生切尔诺贝利式的熔毁事件。当你有一颗子弹时，你在任何时候都只使用一根炸药棒的能量。你不是在制造移动炸弹，就像贝恩在黑暗骑士崛起中偷走的那样。

我还必须强调这些设施的规模。它们是巨大的设施。小型化，他们可以做的任何事情都可以将它们缩小到合理的尺寸，这将是向前迈出的一大步。