什么是可控核聚变？可控核聚变到底处于什么水平呢?

可控核聚变，一定条件下，控制核聚变的速度和规模，以实现安全、持续、平稳的能量输出的核聚变反应。有激光约束核聚变、磁约束核聚变等形式。具有原料充足、经济性能优异、安全可靠、无环境污染等优势。因技术难度极高，尚处于实验阶段。

核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。可控核聚变俗称人造太阳，因为太阳的原理就是核聚变反应。(核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，当然也不产生温室气体，基本不污染环境)人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出。

最近一段时间，美国在可控核聚变研究方面取得了重大突破。

当地时间12月13日，美国能源部宣布，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的国家点火装置(NIF)首次实现了所谓的“能量净增益”，即核聚变反应产生的能量超过输入的能量。

具体操作过程是，NIF将2.05兆焦的激光聚焦到核聚变材料上，最后产生了3.15兆焦的能量，能量增益首次大于1，达到了“点火”标准。

看着到这，很多人都好奇，美国目前可控核聚变到底处于什么水平呢?中国的可控核聚变又处于什么样的水平，能够赶得上吗?

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。

首先可以肯定的是，美国这次点火成功确实具有重大的意义，这意味着人类在研究可控核聚变上又迈出了一大步，但这一大步只是相对而言了，想要实现可控核聚变为人类所用，还有很长的路要走。

打个简单的比方，如果在追求可控核聚变应用的路上需要走100步，那截至目前人类估计连10步都还没走完。

虽然这次美国成功点火实现了重大技术突破，但其产生的能量微乎其微，根据美国有线电视新闻网(CNN)称，这次点火装置产生能量只够烧10壶开水，而为了达成这个目标，NIF用了将近10年时间。

NIF的点火装置始于2010年，至今已经投入12年时间，累计投入的资金达到几十亿美元，他们用了十几年时间才成功实现了“点火”。

本次实验所在的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室主任 Kim Budil 博士则表示，“在实验室中实现聚变点火，是人类有史以来应对的最重要科学挑战之一。这次能够实现它，是我们在科学，在工程上的一次全人类的胜利。”

NIF一直在尝试用高能激光轰击核聚变材料，借助激光产生的高温高压实现核聚变。12月5日，该研究团队将2.05兆焦的激光聚焦到核聚变材料上，产生了3.15兆焦的能量，能量增益首次大于1，达到了“点火”标准。

据美能源部介绍，“国家点燃实验设施”是全球最大、能量最高的激光系统，其使用超强激光束来产生与恒星和巨型行星核心以及核武器内部相当的温度和压力。此次核聚变实验中，“国家点燃实验设施”向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，首次展示了惯性约束核聚变的最基本科学原理。惯性约束核聚变是实现可控核聚变的两大主流方案之一(另一个是磁约束)，该技术利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力，来引发核聚变反应。

从去年开始在VC圈火爆的可控核聚变，一时间又成了科技圈的当红领域——无论是科技创业者，还是风险投资人，都在为这一消息一键三连。用德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所的核聚变专家Thomas Klinger在1年前接受采访时说的话是：“整个氛围都变了，我们感觉离目标越来越近了。”

先简单解释下什么是可控核聚变。核聚变，是指将两个较轻的原子，在极高温、高压下让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)。在此过程中，一部分聚变的原子核的物质被转化为光子(能量)。这是太阳以及其他恒星内部源源不断产生能量的方式。

最早的人工核聚变技术在氢弹上得到体现，但是不受控制的。上世纪50年代，人类开始研究用于民用目的的可控核聚变。

如同1942年芝加哥大学的网球场上建起了第一座人工核反应堆 “驯服” 核裂变一样，人类社会始终探寻将核聚变从不受控制的氢弹爆炸转变成可控的、源源不断的商用清洁能源。

在物理学的认知中，宇宙间所有恒星的能量都起源于两个氢原子核的聚变反应，因此可控核聚变计划又常常被称作“人造太阳”。

如果说可控核聚变的理想是宇宙星辰，现实就是光年的距离，每一步都是艰难异常的可行性丈量，至今离终点还很遥远。

“莱特兄弟时刻”

2021年8月，美国国家点火装置(NIF)通过激光核聚变实验创下了输出能量的历史最高记录，劳伦斯利弗莫尔国家实验室首席科学家Omar Hurricane将其称作 “莱特兄弟时刻”。

事实上，NIF的点火之路始终与质疑共存。

证明可控核聚变科学可行性的第一步就是“Q>1”，即输出的能量大于维持反应所需输入的能量，核聚变反应可以依靠自身产生的能量维持。这一临界状态被称作收支平衡，也叫“点火”。

对于输入能量大于输出能量，NIF团队重新定义了“科学收支平衡”——为达到核聚变火所需的高温高压条件，点火装置使用了192束紫外激光轰击靶标。而激光效率极低，通常只有1% 左右能够成功轰击到目标。团队建议计算Q值时将输入能量看作激光能量，而非外界供给的总能量，刻意忽略了激光的低命中率。

我国的磁约束聚变研究与国际基本同步，近年来，我国托卡马克实验取得多项进展，如中国环流器二号A(HL-2A)装置归一化比压突破3，东方超环(EAST)实现了千秒量级长脉冲运行等。特别是2020年建成的新一代“人造太阳”HL-2M是我国目前规模最大、参数最高的磁约束核聚变研究大科学装置平台。2022年，HL-2M装置创造了国内等离子体运行新纪录，等离子体电流达到115百万安培，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，开展前沿科学研究，对我国深度参与ITER实验及自主设计运行聚变堆具有重要意义。

进入21世纪以来，可控核聚变研究接连取得重要突破，随着科技不断进步，核聚变能源有望在本世纪中叶造福人类。核聚变能一旦实现商用，地球上的能源将取之不尽用之不竭，因能源消耗带来的环境问题及能源短缺带来的社会问题有望得到根本解决，人们的生活和科技水平也将因此而得到极大提高。