劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的科学家成功在实验室中实现核聚变反应，产生的能量超过启动反应所需的能量，标志着清洁能源的重大突破。尽管仍需克服技术障碍，但这一成就为未来的核聚变能源应用提供了希望。
劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的研究人员将在此基础上进一步发展核聚变能源研究。
加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室研究核聚变能源的科学家周二宣布，他们在实验室中重现太阳能量的过程中跨越了一个期待已久的里程碑。
这引发了公众的兴奋，因为几十年来科学家们一直在谈论核聚变--使恒星闪耀的核反应--如何为未来提供丰富的能源。
本周二宣布的结果是首次在实验室环境中进行核聚变反应，实际产生的能量超过了启动反应所需的能量。
白宫科学顾问阿拉提-普拉巴卡尔（Arati Prabhakar）周二上午在华盛顿能源部总部举行的新闻发布会上说："这是一个实现可能性、达到科学里程碑的绝佳例子，也是一条通往清洁能源可能性的道路。""我们对这里应用的科学原理有了更深入的了解。"
如果核聚变能够大规模应用，那么它将成为一种能源，既不会产生化石燃料燃烧所造成的污染和温室气体，也不会产生目前核电站利用铀分裂产生能量所产生的危险的长寿命放射性废物。
在太阳和恒星内部，核聚变不断将氢原子转化为氦，产生的阳光和温暖沐浴着行星。在地球上的实验反应堆和激光实验室中，核聚变不负众望，成为一种非常清洁的能源。
然而，始终有一个令人头疼的问题。在科学家们控制核聚变不羁能量的所有努力中，他们的实验消耗了比核聚变反应产生的能量更多的能量。
12月5日凌晨1:03，实验室国家点火装置的192个巨型激光器对一个铅笔橡皮大小的小圆柱体进行了轰击，这个小圆柱体中装有用金刚石包裹的氢冷冻块，这种情况发生了改变。
激光束从圆柱体的顶部和底部射入，使其气化。这产生了向内的 X 射线冲击，压缩了 BB 大小的氘和氚（氢的较重形式）燃料颗粒。
在不到 100 万亿分之一秒的短暂瞬间，205 万焦耳的能量（大约相当于一磅 TNT炸药）轰击了氢弹。核聚变的产物--中子粒子大量涌出，携带了大约 3 兆焦耳的能量，能量增加了 1.5 倍。
这越过了激光核聚变科学家称之为点火的临界点，也就是核聚变产生的能量等于启动反应的射入激光能量的分界线。
"利弗莫尔的物理学家安妮-克里切尔（Annie Kritcher）说："你看到一个诊断结果，就会觉得这可能不是真的，然后你就会看到越来越多的诊断结果，指向同样的事情。"这种感觉太棒了。
这次成功的实验最终实现了 1997 年开始建造国家点火装置时所承诺的点火目标。然而，当 2009 年开始运行时，该设施几乎没有产生任何核聚变，在联邦政府投资 35 亿美元之后，这是一个令人尴尬的失望。
劳伦斯-利弗莫尔国家实验室主任金-布迪尔（Kim Budil）博士周二在华盛顿能源部举行的新闻发布会上......Chip Somodevilla/Getty Images
2014 年，利弗莫尔的科学家们终于报告取得了一些成功，但产生的能量微乎其微--相当于一个 60 瓦灯泡 5 分钟的耗电量。接下来的几年里，进展微乎其微。
然后，在去年 8 月，该设施产生了一次更大的能量爆发--能量是激光光能的 70%。
利弗莫尔武器物理和设计项目主任马克-赫尔曼（Mark Herrmann）在接受采访时说，研究人员随后进行了一系列实验，以更好地理解 8 月份令人惊讶的成功，他们努力将激光的能量提高了近 10%，并改进了氢靶的设计。
9 月份，他们首次发射了 205 万焦耳的激光，产生了 120 万焦耳的核聚变能量。此外，分析表明，球形氢球没有被均匀挤压，一些氢基本上从侧面喷出，没有达到聚变温度。
科学家们做了一些调整，相信效果会更好。
"Herrmann 博士说："发射前的预测是，温度可以上升 2 倍。"事实上，它的升幅比这还要大一些。
国家点火装置的主要目的是进行实验，帮助美国维护其核武器。这使得核聚变对能源生产的直接影响还不确定。
核聚变基本上是一种无排放的能源，它将有助于减少对燃烧煤炭和天然气的发电厂的需求，这些发电厂每年向大气层排放数十亿吨使地球变暖的二氧化碳。
但是，核聚变要想广泛实用，还需要相当长的时间。
"劳伦斯-利弗莫尔公司总裁金伯利-S-布迪尔在周二的新闻发布会上说："可能要几十年。"我认为不会是六十年。我认为也不是五十年，我们以前是这么说的。我认为它正在进入人们的视野，也许，通过共同努力和投资，几十年的基础技术研究可以让我们建造一座发电厂。
大多数气候科学家和政策制定者表示，要实现将升温控制在 2 摄氏度或更宏伟的 1.5 摄氏度的目标，全世界必须在 2050 年前实现净零排放。
迄今为止，核聚变工作主要使用被称为托卡马克的甜甜圈形反应堆。在反应堆内，氢气被加热到足够高的温度，电子被从氢核中剥离，形成所谓的等离子体--带正电的氢核和带负电的电子云。磁场将等离子体困在甜甜圈形状内，原子核熔合在一起，以中子飞出的形式释放能量。
NIF 的工作采用了一种不同的方法，但到目前为止，将激光核聚变发电厂的想法变为现实的工作还很少。"布迪尔博士说："不仅在科学上，而且在技术上，都存在着非常大的障碍。
NIF 是世界上功率最大的激光器，但其速度慢、效率低，依靠的是几十年前的技术。
该设备的大小与一个体育馆差不多，旨在进行基础科学实验，而不是作为发电的原型。
它平均每周进行约 10 次实验。使用激光聚变方法的商业设施需要更快的激光器，能够以机关枪的速度发射，也许每秒发射 10 次。
此外，NIF 消耗的能量仍然远远大于聚变反应产生的能量。
虽然最新的实验产生的能量与进入的激光束中的 205 万焦耳能量相比是净增的，但 NIF 需要从电网中获取 300 万焦耳的能量才能产生短暂的激光脉冲。
其他类型的激光器效率更高，但专家们表示，一个可行的激光核聚变发电厂所需的能量增益很可能远高于在这次最新核聚变实验中观测到的 1.5。
"赫曼博士说："你需要获得 30 到 100 的能量增益，才能为能源发电厂提供更多的能量。
他说，利弗莫尔将继续推动 NIF 核聚变实验，以获得更高的核聚变输出。
"这就是我们在未来几年要认真研究的问题，"Herrmann 博士说。"这些实验表明，即使激光能量再多一点，也会产生很大的不同。
其他地方的研究人员正在研究 NIF 实验的变体。不同波长的其他类型激光器可能会更有效地加热氢气。
一些研究人员倾向于采用 "直接驱动 "的激光核聚变方法，利用激光直接加热氢气。这将使氢获得更多能量，但也可能产生不稳定性，阻碍聚变反应。
今年 3 月，白宫召开了一次峰会，寻求加快商业核聚变的努力。
"开发具有经济吸引力的聚变能源方法是一项巨大的科学和工程挑战，"在利弗莫尔领导研究聚变可能性的塔米-马（Tammy Ma）说。"毫无疑问，这将是一项不朽的事业"。
马博士说，能源部委托编写的一份报告将很快出炉，该报告将为激光核聚变能源研究提供一个框架。
她说："这样一个计划，""将不可避免地需要整个社会的参与，"除了像利弗莫尔这样的国家实验室之外，还包括学术界、新成立的公司和公共事业。
周二公布的结果将使从事核储备研究的科学家们受益匪浅，这也是 NIF 的主要目的。通过在实验室中以破坏性较小的规模进行这些核反应，科学家们的目标是取代他们过去从地下核弹爆炸中收集的数据，美国已于 1992 年停止了地下核弹爆炸。
赫尔曼博士说，该设施更大的核聚变输出将产生更多的数据，"使我们能够保持对核威慑的信心，而无需进一步进行地下试验"。"输出功率达到 30,000 万亿瓦，这本身就创造了非常极端的环境"，更接近于核武器爆炸的环境。
罗切斯特大学激光能学实验室首席科学家里卡多-贝蒂（Riccardo Betti）没有参与利弗莫尔的这次实验，他说："这就是我们的目标，证明我们可以首次在实验室中点燃热核燃料。
"他补充说，"而这已经实现了。"因此，这是一项伟大的成果"。