核聚变离商业化应用仍需几十年( 二 ) _同位素

段旭如介绍，在磁约束核聚变研究领域，此前只有日本的JT-60上实现过等效聚变功率增益因子超过1 。所谓等效功率增益因子，是因为核聚变最终用氢的同位素氘（D）、氚（T）反应，而JT-60实验中采用了氘、氘融合，根据其结果推断如果把部分氘换成氚，发生反应能产生多少聚变功率，所以是等效因子。另外，在欧洲联合环（JET）装置上实现了59兆焦耳的聚变能量，其增益因子不到1 。而此次美国利弗莫尔实验室点火装置的实验，是人类首次在实验中实现聚变增益因子超过1 。

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如何点火
美国国家核安全管理局（NNSA）负责国防项目的副局长Marvin Adams在发布会上介绍了国家点火装置所采用激光核聚变的技术原理：在一个圆柱形腔体内，有一颗直径大约是BB弹一半的球形燃料胶囊，其中是聚变燃料。圆柱体两侧用192束高能量激光打入圆柱体的内壁，内壁反射出的X光再击中球形的燃料胶囊，胶囊内的聚变燃料受到挤压，产生聚变。产生能量所需的时间，比光传播1英寸的时间还短。

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激光聚变效果图，激光在腔体内壁反射出X光，然后冲击燃料，引发聚变。来源：LLNL
综合当日新闻发布会及随后技术圆桌上参与实验专家讲述的信息，这次聚变中，大约4%的聚变燃料发生了反应。在这次聚变中，激光能量提供了2.05兆焦耳（MJ）的能量，释放出了3.15兆焦耳（MJ）能量，其能量增益达到了1.54 。
若按电力来比较，每千瓦时电力的能量相当于3.6兆焦耳。换言之，此次核聚变释放出的能量相当于大约0.875度电，大约可以给一个使用4000毫安时电池的手机充电40次。
据参与实验的专家回忆，此次聚变实验室在12月5日凌晨1时零3分发生，随后实验人员开始了数据分析工作，也邀请了外部专家团队来进行同行评估，确保数据准确，因此在实验一周后才正式发布信息。

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劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置。来源：LLNL

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商业化还要几十年
此次聚变实验尽管突破意义重大，但这一大型激光装置本身效率很低，驱动激光装置的系统能耗高达322兆焦耳，转换成2.05兆焦耳的激光器输入能量，然后再激发出3.15兆焦耳的聚变能量。因此，如果考虑整个系统的能量转换效率，还不到1% 。
因此，它不仅尚不稳定，在工程意义上也还远远无法实现能量的增益，离成为可利用的恒源还十分遥远。
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室主任Kimberly Budil在发布会上面回答多久能商业化的问题表示，商业化在科学上和工程上都还面临许多障碍，这次是成功让一颗燃料点火一次，要实现商业化核聚变，需要每分钟实现很多次点火，需要有一个稳固的驱动系统，也许不需要经常说的50年，但也需要几十年来投入研究才能建成一个商业聚变发电站。
劳伦里·利弗莫尔国家实验室惯性聚变能源机构主管Tammy Ma在当日的技术圆桌中也回应了驱动系统的能量效率问题，她表示，国家点火装置是一个科学研究装置，它的建设初衷和建一座电站不同，让每个设备效率发挥到极致，并不是设计考虑的优先事项。因此，提高激光供能的设备效率，对于一个科学研究设施来说，并不是最关键的。另外，装置已经有了20年历史，有许多20世纪八、九十年代的技术，其后许多新的模拟、材料、算法等技术也不断发展，更新到了装置之中。