聚變如何運作及其為何是一項突破——《華爾街日報》

美國能源部宣佈實驗室首次實現核聚變能量增益——這是核聚變反應產生的能量首次超過引發反應所投入的能量。上週，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置的192束激光將氫燃料膠囊加熱壓縮至前所未有的高温高壓，觸發的聚變反應產出能量比輸入激光能量高出50%。

核反應能釋放原子核中質子和中子結合的能量。核電站利用的是核裂變而非核聚變。當大質量鈾原子核分裂成兩個放射性碎片時，裂變過程會釋放能量，這些碎片在飛離時攜帶能量。

相比之下，核聚變依賴於宇宙中最小的氫原子。當兩個氫原子核結合生成氦原子核和中子時就會釋放能量。與裂變不同，聚變不會產生放射性碎片。但引發聚變遠比裂變困難，因為氫原子核必須被加熱到近1億攝氏度以克服阻礙反應的電荷斥力。恆星依靠聚變能量運行，而在地球上此前僅能在熱核爆炸中實現。這項實驗室聚變的突破性成果為基礎科學與應用科學開闢了前所未有的研究前景。

自20世紀60年代以來，激光核聚變概念雖經多年探索卻始終未獲成功，後在90年代成為確保核武庫可靠性（無需地下核試驗）計劃的核心部分。儘管科學家早知高能激光可探測核武器引爆初期的物質特性，但實現激光聚變將有助於研究後續階段反應，更能全面驗證人類理解和預測高温高密度物質動力學的能力。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的點火裝置建設始於1997年，2009年竣工後立即啓動了點火實驗。這台全球最強激光器的設計與建造是工程學上的壯舉，但連續三年未能實現聚變點火使該項目在2012年瀕臨取消。通過引入外部同行評審等更審慎的舉措，研究得以延續。

2012至2022這十年間，能源部國家實驗室展現了非凡的協調能力——匯聚來自政府、高校和私營部門的跨學科科技精英團隊長期攻堅克難。激光技術、核物理與等離子體物理、精密靶材製造、儀器儀表及高精度計算機建模等領域的研究人員共同設計並實施了一系列逐步逼近點火條件的實驗，最終在上週取得突破性成果。

近期國際局勢表明，只有確信核武器保持可靠，美國的核威懾才有效力。激光點火技術向世界展示了美國對武器科學的深刻理解，這對維持未來數十年的戰略信心至關重要。

美國並非唯一認識到激光聚變價值的國家，法國和中國正在建設類似設施。但最新成果證明，國家點火裝置多年積累已形成強大的知識創新生態體系。憑藉前瞻視野、堅定毅力和科研體系，美國已領先其他國家十年。持續投入將確保這一優勢長存。

如今，提到核聚變就必然聯想到能源問題。點火里程碑證明了聚變增益的實現，這是實際能源生產的必要條件。但這僅僅是第一步。要使核聚變成為實用化的零排放電力來源，還需要數十年的工程技術發展。即便如此，其成本也必須與其他替代能源具有競爭力。正如最初決定追求點火目標一樣，這絕非板上釘釘之事，但絕對值得深入探索。

庫寧先生是紐約大學教授、胡佛研究所高級研究員，著有《未定之天：氣候科學告訴我們什麼，未告訴我們什麼，以及為何重要》。鮑威爾先生是加州大學戴維斯分校教授。二人均為勞倫斯利弗莫爾國家實驗室理事。

2022年12月13日，加州利弗莫爾國家點火裝置的激光系統。圖片來源：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室/Zuma Press刊載於2022年12月15日印刷版，標題為《核聚變原理及其突破意義》。