2022 年 12 月，經過十多年的努力和挫折，美國國家點火裝置（NIF）的科學家們宣布，他們創造了一項世界紀錄，產生的聚變反應釋放的能量超過了消耗的能量–這種現像被稱為點火。美國總統喬-拜登（Joe Biden）的政府希望在這一成功的基礎上再接再厲，建立三個美國研究中心，以幫助推動這一科學的發展。

在位於加州利弗莫爾的美國國家點火裝置中，192 道雷射（如圖所示為光束線）射入一個靶室（以藍色標示），聚焦在一個裝有氫同位素的膠囊上。圖片來源：Damien Jemison/NIF/LLN

位於加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的體育場大小的雷射設施在過去六次嘗試中的四次都明確實現了點火目標，產生的反應壓力和溫度超過了太陽內部的溫度。

LLNL實驗室慣性約束聚變科學計畫負責人、物理學家理查唐說：”我感覺非常好，我認為我們都應該為這項成就感到驕傲。 “

NIF的設計初衷並不是作為一座發電廠，而是在1992年美國停止地下武器試驗後，作為重現和研究熱核爆炸過程中發生的反應的設施。更高的核融合當量已被用於推進核武研究，同時也激發了人們對核融合作為無限清潔能源的熱情。美國國務卿約翰-克里上週在杜拜舉行的COP28 氣候高峰會上呼籲建立新的國際合作夥伴關係，以推動核融合能源的發展，而負責監管NIF 的美國能源部（DOE）也緊跟其後，宣布了由LLNL、紐約羅徹斯特大學和科羅拉多州立大學科林斯堡分校領導的新研究中心。

弗吉尼亞州威廉瑪麗大學的物理學家薩斯基亞-莫迪傑克（Saskia Mordijck）說，對許多人來說，建立核聚變實驗堆是”信念的飛躍”，它的成功對核融合研究界以及公眾的看法都產生了真正的影響。

NIF的工作原理是向一個冰凍的氫同位素氘和氚顆粒發射192束激光，該顆粒裝在一個懸浮在金圓筒內的鑽石膠囊中。由此產生的內爆將導致同位素熔合，產生氦和大量能量。 2022 年 12 月 5 日，這些聚變反應首次產生了比雷射光束射向目標更多的能量，大約多 54%。

7 月30 日，該設施創造了一項新紀錄，當時雷射光束向目標提供了相同的能量–205 萬焦耳，但這次內爆產生了388 萬焦耳的聚變能量，比輸入能量增加了89 %。實驗室的科學家在 10 月的兩次嘗試中都實現了點火（見”一年的進展”）。實驗室的計算表明，6 月和 9 月的另外兩次嘗試產生的能量略高於雷射提供的能量，但不足以確認點火。

對許多科學家來說，這些結果證實了實驗室現在正處於一種新的運作機制中：研究人員可以反覆實現他們追逐了十多年的目標。雷射脈衝中的微小變化或鑽石囊中的微小缺陷仍會讓能量外洩，從而導致不完美的內爆，但科學家現在已經更好地了解了起作用的主要變量以及如何操縱它們。

NIF負責這一系列實驗的首席設計師安妮-克里切爾（Annie Kritcher）說：”即使存在這些問題，我們仍然可以獲得超過1兆焦耳的核聚變能量，這是好事。 “

然而，從這裡到向電網提供核融合能量還有很長的路要走，NIF 雖然目前擁有世界上最大的雷射器，但並不適合完成這項任務。該設施的雷射系統效率極低，在一次點火嘗試中，99% 以上的能量在到達目標之前就已損失殆盡。

開發更有效率的雷射系統是能源部新的慣性聚變能研究計畫的目標之一。本月，該機構宣布將在四年內投入4,200 萬美元建立三個新的研究中心，每個中心都將由國家實驗室、大學研究人員和產業合作夥伴共同參與，致力於實現這一目標和其他進展。

核融合實驗室實現”點火”：這意味著什麼？

科羅拉多州立大學（Colorado State University）的物理學家卡門-梅諾尼（Carmen Menoni）是該中心的負責人。

迄今為止，政府對聚變能研究的大部分投資都投向了託卡馬克裝置，這種裝置利用甜甜圈形”環”內的磁場來限制聚變反應。這是國際熱核融合實驗堆（ITER）正在開發的方法，該實驗堆是一個國際合作項目，將在法國聖保羅-勒茲-杜爾附近建造世界上最大的核融合設施。託卡馬克也是私部門許多核融合投資的重點，但也有數十家公司正在尋求其他方法，如雷射核融合。

梅諾尼說，開展專門的雷射核融合計畫的時機恰到好處，如果沒有 NIF 最近取得的成功，就不會有開展該計畫的決定。她說：”我們現在知道它能成功。我們需要時間將技術發展到可以建造發電廠的程度。 “

回到 NIF，克里切爾最新的一系列實驗將雷射能量提高了 7%，理論上，這應該會帶來更大的產量。 10 月 30 日，該系列的首次實驗是成功點火的實驗之一。雖然沒有打破紀錄，但輸入 2.2 兆焦耳的雷射能量產生了 3.4 兆焦耳的聚變能量輸出。

克里切爾將沒有打破能量輸出記錄的原因歸結為新雷射配置的成長煩惱，新雷射配置的目的是在相同的金圓筒中擠出更多的能量。在改用更大的圓柱體之前，她的團隊將專注於雷射脈衝的變化，以產生更對稱的內爆。她說：”明年我們將進行四次實驗。讓我們拭目以待吧。 “