可控核聚变里程碑事件！美国“人造太阳”成功点火4次 首席女科学家入选Nature年度人物

《科创板日报》12月18日讯 人类在核聚变领域再次取得重大突破。

10月，美国国家点火装置（NIF）成功“点火”两次，即实现可控核聚变净能量增益，让核聚变反应产生的能量多于这一过程中消耗的能量。至此美国科学家成功将点火次数增至四次。

这些点火实验中，NIF不仅实现了净能量增益，效率与精度也在不断提高。最新的一次实验再刷记录——输入能量首次达到2.2兆焦，3.4兆焦耳的输出能量也位列历次点火实验第二。NIF向实现数十兆焦耳甚至更高产能的目标，又迈进了一步。

该系列事件使NIF的首席女科学家——物理学家Annie Kritcher（见下图）在近日入选Nature年度十大人物。

Nature激动地发文表示，美国核聚变实验进入新时代。

▌意义何在？

NIF是世界最大的激光器，由美国加利福尼亚州劳伦斯•利弗莫尔国家实验室（LLNL）研制，又被称为“人造太阳”，能模仿太阳中心的热和压力，用以创造核聚变反应。

NIF部分构造展示

通过对高能激光束的精确控制和操作，NIF可把200万焦的能量通过192条激光束聚焦到一个很小的点上，从而产生类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。

去年12月14日，LLNL首次实现可控核聚变点火成功，这是人类有史以来第一次实现核聚变反应的净能量增益，在科学上意义重大。

核聚变是一种利用氢原子核在高温高压下发生融合，释放出巨大能量的过程，这是太阳和恒星发光发热的根本原因，也是宇宙中最普遍和最强大的能量来源。这一能源生成过程几乎无污染，而其燃料主要是氘和氚，这两种同位素都可以从海水中提取或者通过其他方式制造，资源十分丰富。

目前全球应用的核能反应堆都是采用核裂变技术，该技术虽然能够提供高效清洁的能源，但会产生存在辐射的废料，因此拥有极大的安全隐患。

可以说，谁掌握了核聚变技术，就拿到了开启无尽能源库的钥匙，可谓人类的终极梦想之一。

能实现净能量增益的核聚变点火实验一次接一次地成功复现，证明了这一梦想实现的可能性，以最乐观的预期来看，困扰着人类的能源紧缺问题将从此消失，人类甚至能在可控核聚变带来的恒星级能源中，实现前所未有的科技突破。

▌核能大国争研“人造太阳” 海内外进展加速

可控核聚变的实现路径多样，与NIF类似的装置如国际热核聚变实验堆（ITER）都被称为“人造太阳”。目前，全球有多个核聚变实验项目在进行中，国际核能大国分别给出了聚变能发展规划，在关键节点DEMO的设计、建造、运行上，美国、欧盟、俄罗斯、日本和印度等分别给出了2035年左右的时间规划。

中国作为核聚变领域的重要参与者和贡献者，也自主设计建造了多个托卡马克装置，其中最先进的一个是全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。

总体而言，美国仍居世界领先地位，不仅拥有上文所述的NIF，还有世界上最大的“诺瓦”激光器、世界上功率最大的“X射线仿真器”。

2023年以来，国内和海外可控核聚变加速推进。

国外，NIF以外，11月3日，全球最大“人造太阳”（ITER项目）磁体支撑产品在广州交付，标志着中国已完成最后一批磁体支撑产品，为整个装置的工程进度提供有力支撑；10月24日，目前全球最新、规模最大的核聚变反应堆-JT-60SA成功点火，该装置是由日本和欧盟共同合作建造运行的托克马克装置，于2020年建成。

国内方面，核西南院始终引领核聚变行业发展，今年8月新一代人造太阳“中国环流器三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行记录。

▌结语

人类对于核聚变的研究和利用已有超过70年历史。目前，核聚变仍处于实验阶段，科学家找到了实现净能量增益的方法，但能量出入倍数较低，等做到 1:10 或者更高倍数，才可能实现发电。

好消息是，科学技术不断取得突破的同时，随着相关技术突破及资本涌入，可控核聚变商业化按下加速键。根据CapitalIQ，2022年该领域成立的创业公司数量迅速攀升至近40家，仅2022年内就获得了约50亿美元的风投资金。同时，根据Keytone ventures预测，全球核聚变市场规模将从2022年的2964亿美元增长至2027年的3951.4亿美元，CAGR为6.0%。

中信证券还表示，ChatGPT横空出世，预计将对核聚变产业的发展产生重大影响，其在高维数据中寻得最优解的能力或显著缩短可控核聚变商业化开发周期。

该机构进一步表示，可控核聚变装置的发展将为结构材料和超导材料带来投资机会。中邮证券也表示，建议关注同时受益于国内外核聚变发展加速以及新建聚变装置中高温超导磁体推广应用的联创光电、永鼎股份等，建议关注核聚变相关设备、材料制造商国光电气、西部超导、安泰科技等。

来源：财联社

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