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2010年10月，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員啟動了192束激光束，并將它們的能量集中成一個脈沖。為此，美國國家點火裝置(NIF)開始了一項運動，以實現(xiàn)目標(biāo)：通過點燃聚變反應(yīng)產(chǎn)生比激光注入還要多的能量。10年過去了，經(jīng)過近3000次發(fā)射，NIF研究人員認為他們已經(jīng)接近一個重要的里程碑——“燃燒等離子體”——聚變?nèi)紵怯煞磻?yīng)本身的熱量維持的，而不是激光能量的輸入。

在美國國家點火裝置的目標(biāo)艙內(nèi)，192束激光束集中在花椒大小的聚變?nèi)剂闲緣K上。圖片來源：LAWRENCE LIVERMORE NATIonAL LABORATORY

自熱的關(guān)鍵是燃燒所有的燃料和獲得失控的能量增益。負責(zé)勞倫斯利弗莫爾核聚變項目的Mark Herrmann表示，模擬試驗表明，一旦NIF達到閾值，它將更容易點火。英國帝國理工學(xué)院慣性聚變研究中心副主任Steven Rose表示，他們正在擺脫傳統(tǒng)設(shè)計，開始嘗試新事物。

長期以來，核聚變一直被認為是一種無碳能源，它以現(xiàn)成的氫同位素為燃料，不會產(chǎn)生長期存在的放射性物質(zhì)，但這仍然是一個遙遠的夢想。

NIF和其他慣性聚變裝置不同，它更像一個內(nèi)燃機，通過小型燃料芯塊的快速爆炸產(chǎn)生能量。點火試驗的前3年里，每一次發(fā)射只產(chǎn)生約1千焦的能量，低于x射線脈沖注入膠囊的21千焦能量，也遠低于最初激光脈沖的1.8兆焦能量。

點火失敗后，NIF研究人員加強了診斷儀器，增加了更多的中子探測器，以便從三維角度看到核聚變反應(yīng)發(fā)生的地方。他們還調(diào)整了四束激光，在內(nèi)爆后瞬間產(chǎn)生高功率、超短脈沖，以蒸發(fā)目標(biāo)附近的細導(dǎo)線。這些導(dǎo)線就像一個x射線閃光燈，能夠在燃料壓縮時探測到它。

研究人員用更敏銳的視覺追蹤到了爆炸燃料丸的能量泄漏。其中一個發(fā)生在發(fā)射前，一根細管向太空艙注入燃料的地方，其他泄漏可以追溯到膠囊的塑料外殼。因此，研究人員改進了制造工藝，以消除缺陷。美國羅徹斯特大學(xué)激光能量學(xué)實驗室Mingsheng Wei表示，這種改進后的診斷方法“確實能幫助科學(xué)家了解需要改進哪些方面”。

經(jīng)過不斷改進完善，NIF已多次達到接近60千焦的產(chǎn)量。但是Herrmann表示，最近美國物理學(xué)會等離子物理分會討論的一個例子已經(jīng)超過了這個數(shù)字，預(yù)計將在100千焦左右。 Herrmann認為，團隊還需要嘗試更多的技術(shù)，每一種技術(shù)都可以將溫度和壓力提高到足以維持等離子體燃燒和點火的水平。如果還不夠，那下一個選擇將是提高激光能量。NIF研究人員已經(jīng)對其中四個束線進行了升級測試，并成功地獲得了能量提升，如果升級應(yīng)用到所有束線上，將使整個設(shè)備接近3兆焦耳。

當(dāng)然，這些升級需要時間和資金。NIF和其他核聚變科學(xué)家正在焦急地等待美國國家核安全管理局的審查結(jié)論。Herrmann表示，將盡其所能推進NIF。