位於美國加利福尼亞州利弗莫爾的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的國家點火設施的目標灣。（路透社照片）
美國能源部周二（12月13日）宣佈，該部的科學家已經能夠設計出一種核聚變反應，該反應產生的能量超過所消耗的能量。這是數十年來尋找產生清潔和無廢料核電方法的里程碑式的成就。
該實驗是在加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室進行的。
「對於國家點火設施（National Ignition Facility）的研究人員和工作人員來說，這是一項具有里程碑意義的成就，他們的職業生涯致力於實現聚變點火，這一里程碑無疑將激發更多的發現，」美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆（Jennifer Granholm）在一份聲明中說。
這一消息發佈之際，拜登政府已將更新的努力和資金用於發展清潔發電，並且特別強調了聚變能源。最近美國通過的《降低通貨膨脹法》為該領域的研究提供了大量資金。
僅僅因為科學家已經能夠設計出一種能量增益的聚變反應，並不意味着人類發電方式的任何有意義的變化即將到來。專家表示，雖然這項工作很重要，但大規模部署聚變能源系統的方式中，仍然存在嚴峻的技術障礙。
漫長的歷程
科學家們早就知道，當兩個原子融合在一起形成新元素時，會釋放出大量的能量。例如，太陽本質上是一個巨大的聚變反應堆，其中超熱的粒子以巨大的力量聚集在一起，形成新的粒子並以熱量的方式釋放出多餘的能量。
早在1940年代，科學家們就開始試驗聚變反應堆。雖然它們長期以來一直能夠產生聚變反應，但直到現在，這些反應總是需要輸入超過它們最終所產生的能量。
淨能量增益聚變反應之所以如此難以捉摸，其原因在很大程度上是因為科學家必須在實驗室中產生極端條件才能使反應發生。通常，需要使用巨大的激光器將氫的同位素加熱到數百萬攝氏度的溫度。然後，產生的等離子體被限制在極高的壓力下，導致同位素以足夠的力量聚集在一起，使它們融合成不同的元素。當它們融合成不同的元素時，則以熱量的形式釋放出能量。
巨大的工程技術挑戰
維護能夠承受這種極端溫度的設備非常困難，找到一種方法來製造出能夠長時間承受這一過程中涉及的應力的反應器，是該領域研究人員面臨的眾多挑戰之一。
麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）核科學與工程教授伊恩·H·哈欽森（Ian H. Hutchinson）表示，重要的是不要過多地解讀初步的報告。他還指出，在正式宣佈之前，很少有人知道國家點火設施（NIF）的科學家取得的成就的細節。
「這似乎是慣性聚變點火的一個重要科學證實，但我不願稱其為『突破』，」哈欽森在與美國之音的電子郵件交流中說。「國家點火設施項目的目標不是聚變能源的生產，而是要了解聚變爆炸。微型聚變爆炸中的有用能源生產仍然面臨巨大的工程挑戰，我們不知道這些挑戰是否最終可以被克服。」
國家點火設施與美國的核武器項目關係最為密切，其主要目的是在小範圍內可控地重現核爆炸，從而可以在不需要破壞性全面試驗的情況下維持美國的核武庫。
核聚變的益處
科學家們花了這麼多年時間尋找一種使聚變反應堆可行的能源來源的方法，是有好幾個原因的。
如果聚變反應堆取代化石燃料作為能源，它將大大減少釋放到大氣中的碳的含量，能夠減少全球變暖的一個來源。
與使用鈾和鈈等高濃縮放射性物質作為燃料的裂變反應堆不同，聚變反應堆理論上可以由氫作為燃料，氫是宇宙中最豐富的元素；這意味着聚變反應堆的燃料供應基本上是無限的。
此外，與裂變反應堆不同，聚變反應堆不會產生高放射性廢料，因此無需安全儲存這些危險的材料。在某些情況下，放射性材料甚至會在數千年裏持續具有危險性。
再者，儘管發生聚變需要極端的條件，但聚變反應堆被認為比裂變反應堆更安全；裂變反應堆必須不斷地監測，以避免導致不穩定和爆炸的條件。歷史上最嚴重的兩次核災難，一是1986年蘇聯的切爾諾貝爾核設施爆炸，再就是2011年日本福島核設施爆炸，迫使數千人撤離。災難使得這兩個國家大片的地區無法居住。
