科学家在美NIF中首次创造出自热等离子体

为了使通过核聚变产生的无限清洁能源的前景成为现实，科学家们需要该技术的核心反应能够自我维持，而最新发表的研究使他们更加接近这一目标。科学家们在美国家点火装置(NIF)中使用高功率激光器首次实现了“燃烧的等离子体”，其在一个转瞬即逝的时刻展示了燃料如何能提供保持反应所需的大部分热量。

自2009年上线以来，科学家们一直在NIF追求核聚变技术，并使用安装在一座10层楼高的建筑物内的192台激光器将1.9兆焦耳的紫外线能量传递到一个大约有滚珠轴承大小的燃料舱。这产生了巨大的压力和温度，进而使得独立的原子融合成氦气，这一反应释放出了巨大的能量。

这模拟了在太阳内部发生的反应，但问题是在地球上创造这些反应需要大量的能量来启动这一过程。这个领域的首要目标是让核聚变反应成为主要的热源，创造一种自我维持的核聚变形式和持续的能源生产。

2020年11月和2021年2月在NIF进行的实验结果证实，朝着这一目标迈出了微小但关键的一步。科学家们对实验装置做了一些调整，其中包括扩大集中在燃料上的激光能量，同时改变目标的几何形状和激光束之间的能量传输方式。这样做的结果是以一种新的方式来控制压缩和加热燃料的内爆过程从而创造出自热等离子体。

“在这些实验中，我们首次在任何核聚变研究设施中实现了燃烧的等离子体状态，在这种状态下，从燃料中发出的核聚变能量超过了启动核聚变反应所需的能量或对燃料所做的工作量，”这项研究的论文第一作者Annie Kritcher说道。

尽管等离子体的寿命被测量为仅为纳秒级，但燃烧等离子体的成就是向核点火迈出的一步，在核点火过程中会继续为自己提供燃料以产生能量。这一现实可能仍是几十年后的事，但科学家们认为这些短暂的自热等离子体片段是一个重要的概念证明。

这项研究的论文第一作者Alex Zylstra指出：“几十年来，聚变实验使用大量的‘外部’加热使等离子体变热来产生聚变反应。现在，我们第一次有了一个系统，核聚变本身提供了大部分的加热。这是通往更高水平的核聚变性能道路上的一个关键里程碑。”