人類從未停止對能源的追逐！
核能，為未來能源賦予了無限想象力。發展核能主要有兩種方式：
一種是重元素的核裂變，如鈾的裂變；
另一種是輕元素的核聚變，如氘、氚、鋰等。
核裂變技術已經得到實際應用，全球各地的核電廠目前幾乎都是采用核裂變的方式。然而，核裂變技術工業應用以來，為人類帶來了大量的能源的同時，也帶來了無限的恐懼，其中以1986年的切爾諾貝利核泄漏事件尤為著名。
圖丨切爾諾貝利核泄漏事件
核聚變技術則更加安全，而且相對還很環保。盡管核聚變是一種核子過程，但是它與裂變過程不同，因為核聚變反應不產生放射性副產品，也不會排放碳物種。核反應堆失控也造成的危險相對更小，而且氘、氚，在海洋中都有相當巨大的儲藏量，核聚變能源有希望成為一種長期的未來能源。
人造太陽
正所謂，好事多磨。
核聚變反應正在積極研究之中，并未得到實際應用。考慮到核聚變技術的魅力，全世界多個國家都在積極探索核聚變反應，包括美國、英國、法國、日本、中國在內的多個國家都建立了激光核聚變裝置，以期點燃聚變反應，產生比激光輸入更多的能量。
1994年，由美國國家實驗室負責的美國國家點火裝置（NIF）正式開工，經過多次延期，在耗資超過35億美元（2百多億元人民幣）后，終于建成。NIF的目標是在地球上創造“人造太陽”，實現全球首個可持續聚變反應堆。
基本原理如下：
將一束能量為十億分之一 Joule的激光增強10000倍，然后將這束激光被分成192束。經過了那些似乎沒有終點的管道后，這些激光的總能量將增加到原來能量的3000萬億倍，成為擁有180萬焦耳能量的脈沖紫外光（相當于美國所有發電廠發電量的1000倍），接著，這些能量聚焦到直徑為3毫米的氘氚小丸上，產生1億度的高溫，壓力超過1000億個大氣壓，進而使重氫核引發核聚變。在這種類型的反應堆中，需要相繼點燃多個目標，才能產生持續的熱量。據科學家估計，每個目標的成本可控制在 0.25 美元左右，從而大大降低了核電廠的成本。
2010年10月，在一座三個足球場大小的建筑里，NIF的研究人員啟動了192束激光束，用接近一輛超速行駛的卡車的沖擊力將它們的能量聚焦成一個脈沖，并向一顆胡椒粒大小的核燃料芯塊發射。這次核聚變產生的能量達到130萬兆豐焦耳，打破世界紀錄。雖然還沒有達到理想的目標，但已經為科學家帶來了足夠的信念。
圖丨人造太陽模擬圖。
為了不斷突破，研究人員多年來進行了大量的技術改進。
研究人員已經追蹤到內爆燃料芯塊的能量泄漏：
1）在射擊前，一根小管向太空艙注入燃料的位置發生泄漏。為了堵住漏洞，研究小組將管子做得更薄。
2）其他泄漏主要來源于容器的塑料外殼，他們改進了制造工藝，以消除只有百萬分之一米的缺陷。
團隊研究了20 ns激光脈沖的形狀：
為了避免燃料加熱過快，早期采用慢慢加大功率的方式，以使其更難壓縮。后來他們使脈沖增加得更快，使得塑料容器在壓縮過程中與燃料混合的時間更少，這種策略在一定程度上提高了產量。
2017年以來，研究人員正在將腔室和容器擴大20%來提高溫度，并增加容器可以吸收的X射線能量。為了增加壓力，他們延長了脈沖的持續時間，并從塑料容器切換到密度更大的金剛石容器，以更有效地壓縮燃料。
十年磨一劍
在經過10年近3000次射擊后，NIF正在接近實現一個重要的里程碑進展，被稱為“燃燒的等離子體”:一個反應本身的熱維持的聚變燃燒反應，而不是輸入的激光能量。自熱，是燃燒所有燃料并獲得失控能量增益的關鍵，一旦NIF項目邁進這個門檻，它將有一條更容易點火的道路。
目前，NIF已經能穩定實現接近60 kJ的產量，100KJ也近在咫尺。
研究人員認為，即使在最大壓縮量下，也只有燃料的最中心位置才熱到足以熔化。但他們欣喜地發現，熱點正從聚變反應產生的瘋狂運動的氦核或α粒子中獲得熱量。如果NIF能夠再多注入一點能量，它將會引發一波能量從熱點地區沖出，燃燒燃料。
還有一些其他技巧也可以嘗試。譬如，他們正在測試不同的空腔形狀，以更好地將能量集中到容器上。他們正在試驗雙壁容器，這種容器可以更有效地捕獲和轉移X射線能量。通過將燃料浸泡在容器內的泡沫中，而不是像冰一樣凍結在容器壁上，他們希望形成一個更好的中心熱點。每一個技巧，都可以將溫度和壓力提高到足以維持等離子體燃燒和點火的水平。
如果這都還不能點火，那就必須要提高激光能量了。NIF的研究人員對四條束線進行了升級，并設法獲得了能量提升，如果升級適用于所有的光束，將使整個設施接近3 MJ。
圖丨NIF。來源：NIF
前途未卜
然而，NIF可能沒有那么多時間了。
從2010年到2020年的十年時間里，燒掉無數經費，耗費大量人力物力的同時，“在地球上創造一顆微型恒星”的夢想似乎越來越遙不可及。國會批準的科研經費一直在縮減，炮彈比例從2012年的近60%降至今天的不到30%，以保留更多炮彈用于庫存管理，模擬核爆炸的實驗，以幫助驗證彈頭的可靠性。
現在NIF的科學家只有一個最低的要求：保留這個項目就好。
聚變長期以來一直被認為是一種無碳能源，由現成的氫同位素提供燃料，不產生長期放射性廢物。
這，仍然是一個遙遠的夢想。
但，科學家永遠充滿信心！
