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张杰院士文 ｜ 《中国科学报》 采访人员 倪思洁
2022年12月13日，美国能源部部长詹妮弗·格兰霍姆宣布，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员利用“国家点火装置”（NIF）总能量为2.05兆焦耳的192路激光束，球对称聚焦在微型氘氚燃料靶丸上 ， 产生了3.15兆焦耳的核聚变能量输出 。据介绍，该成果跨越了聚变点火阈值，历史性地实现了净能量增益（G>1.5） 。与此同时，实验的成功也证实了惯性聚变能源的科学基础 。
此项成果将给能源变革及可控核聚变技术路线等带来怎样的影响？近日，针对相关问题，《中国科学报》专访了中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员张杰 。
作为激光等离子体物理学家，过去3年里，张杰带领一个由中科院内外15个单位的研究人员组成的联合研究团队，利用中科院上海光学精密机械研究所神光II升级大型强激光实验研究平台，对新型激光核聚变方案开展了8轮大型联合实验研究 。在他看来，美国NIF团队取得的新成果从科学原理和工程技术上验证了激光核聚变反应实现净能量增益的可行性，是人类迈向聚变能时代的一个重要里程碑 。
两条路线会同时推进
【张杰院士】《中国科学报》：NIF团队此次成果的意义何在？是不是可以理解为惯性约束聚变路线已经超越了磁约束聚变路线？
张杰：惯性约束聚变路线与磁约束聚变路线是人类实现受控核聚变反应的两条主要技术路线 。目前，这两条路线所处的发展阶段是类似的，都到了跨越“门槛”的关键时刻 。
根据美国能源部新闻发布会上的信息，氘氚核聚变反应释放了大约3.15兆焦的聚变能 ， 大约是用于压缩和加热氘氚燃料靶丸驱动激光能量的1.5倍，实现了核聚变反应输出能量大于驱动激光能量的“点火”目标 。
当然，目前的突破相对于实现聚变能应用的目标还有很长的路要走 。虽然这次NIF实验首次成功实现了与驱动激光能量相比的净能量增益“点火”，但这个“点火”与发电站用的Q值（输出能量与输入能量之比）并非同一个概念 ， 因为产生NIF装置2.05兆焦耳的驱动激光能量还需要耗费322兆焦电能 。
那么，为什么这次进展如此令人兴奋呢？从能源角度看，人类历次工业革命的根本驱动力都是以提高化石能源使用效率为基础的 。面向未来可持续发展的需求，人类社会迫切需要更高能量密度、更安全经济的非碳终极能源——核聚变能 。从这个意义上说，NIF实验的“点火”成功首次展示了人类脱离化石能源进入聚变能时代的潜力 。因此可以说，这次实验结果是人类迈向核聚变能时代的里程碑 。
《中国科学报》：您在2021年初时曾说过，激光聚变研究走到了“门槛” 。如今这个“门槛”是否跨过去了？下一个“门槛”又会是什么？
张杰：在2021年初，我的确说过，核聚变反应单位质量的输出能量比化石燃料高数百万倍，在反应过程中不排放碳、不产生长寿命的放射性废物，而且核聚变燃料极其丰富 ， 因此被称为未来人类社会可持续发展的“终极”能源 。经过世界各国科学家60多年坚持不懈的研究，人类已经走到核聚变反应的“点火”门槛 。
这次NIF实验结果表明人类已经跨过了这道门槛，证明了在实验室实现净能量增益可控核聚变的科学可行性 ， 也为下一步聚变能源应用打下了基础 。当然，如果从激光聚变能源应用角度看，前面还有很长的路要走 。下一步激光聚变研究的焦点将从追求“点火”目标变为追求更高能量增益的聚变方案 ， 再到实现聚变发电 。
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