戍天九思：中美激战核聚变，警惕美国新版星球大战骗局！

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　　据央视新闻报道，当地时间13日，美国能源部官员宣布，由美国政府资助的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL），首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，即聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量。

　　据悉，实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，产生的能量比投入的能量多50%以上。

　　美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆在一份声明中称，这一突破是一项“里程碑式的成就”。这项成果预计将可能帮助人类在实现零碳排放能源的进程中迈出关键一步。

　　▲美国国家点火装置NIF资料图

　　此外，加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室主任表示，如果想将这一成果商业化，核聚变技术仍有“重大障碍”需要克服，可能还需要几十年的努力和投资。

　　笔者跟踪研究相关报道后发现，美国媒体报道核聚变点火成功时刻意隐瞒了关键背景信息，国内媒体看不懂、普遍夸大了它的实际意义，我们千万不要再上类似当年苏联被美国“星球大战计划”呼悠的当，还是要淡定地走好中国特色的核聚变研发之路！

　　美国核聚变"点火成功”背后刻意隐瞒了什么？

　　美国核聚变“点火成功”的意义，在于论证了激光惯性约束核聚变技术路线的可行性。但是，美国如此大张旗鼓地宣传，背后还刻意隐瞒了四大背景。

　　★实际Q值仅为0.006。（能量增益Q =输出功率/输入功率）。报道讲的是理论Q值1.54，不是实际Q值。即：实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出。

　　因为美国“国家点火装置”在产生强激光过程中损失了大量能量，实验中2.05 兆焦耳输入能量是指激光器所获得的输入能量，而没有计算为整个系统供电的总能量。事实上，每次激光照射需要500兆焦耳的电能，以400微秒的脉冲串形式传送。因此，实际Q值为3.15/500=0.006。

　　这相当于原始人第一次“钻木取火”的成功，虽然费了九牛二虎之力，但只是点燃了一支烟。

　　但是，核聚变商用发电Q>30—100。

　　★国家点火装置（NIF）主要是为美国核武库服务的。该装置是在1980年为研制核武器设计的基础上，1997年耗资 35 亿美元改进而成的，它的最初设计目标就是为通过模拟爆炸来测试核武器——为美国核武库服务，并非是为全人类发展清洁的核聚变能源。它由美国能源部下属管理核武器的国家核安全局负责运行，它的主要任务是实现能产生高能量的聚变反应，并为美国核武器储备的维护提供指导。

　　具体来说，它可以帮助美国绕过因《全面禁止核试验条约》而停止的地下核试验，转而以较小的规模进行核反应实验，并从中收集数据。

　　中国核物理学家、工程院院士杜祥琬说：“美国此次开展的激光能可控核聚变，根本目的是研究核武器相关的物理问题。”

　　中国科学技术大学等离子体物理与聚变工程系副主任吴征威表示，美国建设NIF的初衷不是为了发电，而是为了模拟核爆炸。NIF目前还没有针对连续获取聚变产生热量的完整设计；在走向未来的潜在商业化途中，NIF采用的技术方案需要考虑激光等设施本身高昂的建设和运行成本。

　　▲NIF使用的环空器，用于装核聚变燃料

　　★成功点火的时间非常短，仅有十亿分之一秒，而且每天最多只能发射一次，而商用发电厂需要一秒钟完成几次发射，还需要持续稳定地发射。

　　★聚变物中子的破坏问题突出。2名了解该实验结果的消息人士称，由于能量输出高于预期，但一些设备损坏，后续分析变得很复杂。

　　核聚变技术三道坎和两条技术路线

　　事实上，太阳上发生的核聚变和人类目前研发的可控核聚变并不完全一样。

　　★氢有三种同位素，分别是氕、氘、氚。

　　★太阳上发生的过程是氕氕变成氘，然后再氕氘聚变。

　　★人类目前在突破的是氘氚聚变。

　　目前，可控核聚变反应从易到难，必须解决三大难题：

　　第一，约束。像太阳那么高的温度足以烧穿任何容器，用什么来装核聚变反应的超高温燃料——解决“怎么防止燃料将炉子烧穿”的问题？

　　第二，点火。如何将核聚变反应的燃料加热到像太阳那样高温——解决“怎么点燃炉子里面燃料”的问题？

　　第三，聚变物破坏。氘氚聚变会产生大量中子，会破坏容器，带走聚变能量，现在还没有任何材料可以抵抗这种中子的破坏和加热。

　　目前，全球可控核聚变研发，根据约束条件的不同，主要有两条技术路线：

　　一条是磁约束核聚变。这是一条国际公认、相对成熟的技术路线——托卡马克装置，俗称“人造太阳”。业内普遍认为，“人造太阳”技术更为成熟。目前，全球有四大这类装置两个方面的突破。

　　★2021年12月30日，中国合肥全超导托卡马克核聚变实验装置创造了可控核聚变持续时间新的世界纪录，成功实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。

　　▲中国“人造太阳”内部

　　★2022年2月9日，欧洲联合核聚变实验装置在5秒内产生了59兆焦耳的持续能量，打破了该装置在1997年创造的4秒内产生约22兆焦耳这一纪录，创造了可控核聚变能量新的世界纪录。

　　此外，还有在建的全球最大的托卡马克核聚变实验装置——ITER国际核聚变实验堆。全球第二大的托卡马克核聚变实验装置——中国环流器二号M（HL-2M），已2020年12月4日在成都双流建成并实现首次放电。

　　另一条是激光惯性约束核聚变。美国有国家点火装置，中国也有神光-III、神光- IV。

　　早在1957年，英国物理学家劳森提出一个判断：

　　当等离子体的温度、密度和约束时间三者乘积（即聚变三重积）等于10^22时，输出功率等于输入功率（即Q=1），聚变反应才能自己维持。这才叫点火成功。

　　目前，全球“人造太阳”的实验，一方面是在验证劳森判断，另一方面也是在探索提高核聚变三重积、提高Q值。美国点火成功是全球首次。

　　中国激光惯性约束核聚变研发进展

　　★1964年王淦昌院士撰写了题为《利用大能量的光激射器产生中子的建议》的内部报告，文中提出利用激光打靶产生中子的实验想法。

　　★1988年12月，王淦昌、王大珩、于敏三位科学家联名致信中央，建议在863 计划中增设惯性约束聚变技术项目。

　　★1993年8月19日，863 计划惯性约束聚变技术课题正式立项。

　　★2000年，上海神光-II 激光装置正式投入使用。

　　★2015年，神光-III主机激光装置全面投入使用，并进行第一次全功率打靶，输出能量0.18MJ。

　　★2020 年，中国新一代国家点火装置——神光— IV 建成。该系统将包含高达288 路的高功率激光束，其总输出功率为 2 MJ，已达到国际先进水平。而美国国家点火装置（NIF）是192束高能激光，这次最大输出功率为3.15MJ。

　　由于这是一种军民两用技术，既可用于研究核聚变，也可用于发展核武器，还可用于发展激光武器，因此，中国在这方面一直比较低调。

　　中美核聚变技术研发各有千秋，中国离商用可能更近一些

　　中国科学技术大学等离子体物理与聚变工程系副主任吴征威表示，就目前进展而言，磁约束聚变装置运行模式更持续，能量输出更稳定，且能量获取模式更为成熟。

　　中国科学技术大学副研究员袁岚峰讲，虽然“人造太阳”技术上“无法同时实现核聚变对温度、等离子密度和持续时间”的要求；但“人造太阳”所取得的成果，将通过预计2030年代建成的“中国聚变工程实验堆”实现中国的核聚变之梦。

　　笔者认为，中美核聚变技术研发，两条路线都在走，各有千秋，中国的重大突破在磁约束技术路线上，美国的重大突破在惯性约束技术路线上，由于全球磁约束技术路线更成熟一些，中国可能离商用核聚变更近一些。

　　值得关注的是磁约束核聚变最大的难点在磁场强度，激光惯性约束核聚变最大的难点在激光强度，中国不仅创造了“人造太阳”持续时间最长的世界纪录，而且创造了强磁场的世界纪录。今年8月12日中国“稳态强磁场实验装置”创造了场强45.22万高斯的稳态强磁场，超越美国保持23年之久的45万高斯稳态强磁场世界纪录。

　　美国如此高调宣传“点火成功”，其实是在故意贩买焦虑、干扰中国核聚变研究路线，就像当年星球大战计划那样引诱中国跟进美国拚核聚变，因为研究核聚变技术是很烧钱的，甚至可能是深不见底的烧钱黑洞，美国国家点火装置是花35亿美元改装的，ITER国际聚变能装置造价高达200亿欧元。

　　总之，搞核聚变研发，既要拚科研实力，也要拚金钱，还要拚眼光、拚定力、拚运气，必须审时度势，量力而行，久久为功，切不可盲目跟进。