激光能融合

并非所有各方都相信这种磁约束或托卡马克方法将是产生核聚变的最有效方法。另一种方法被称为惯性约束聚变，由强大的激光驱动。金妮·史密斯采访了约克等离子体研究所等离子体和聚变工业官员凯特·兰开斯特。

金妮——那么，你说它在自我限制，你能给我解释一下这是什么意思吗?因为我觉得它很难想象。

凯特:好的，让我从激光聚变的角度来解释一下。当我们做激光惯性聚变的时候，你发射几百个世界上最强大的激光在一个非常小的滚珠大小的氘和氚球上。外层实际上会升温并迅速膨胀。我们都知道牛顿第三定律，每个反应都有一个大小相反的反应，所以，这有点像气体从气球的后面出来。这个气球必须向前飞。所以，如果外层非常迅速地升温，剩下的燃料就会被压缩和停滞，它基本上就会自我限制。

金妮-所以，你是在用它自己的膨胀把它挤在一起。

凯特-没错。

金妮-你刚才提到了氘和氚。我们一直在讨论氢作为燃料的来源，所以你能告诉我为什么你用它们而不是普通的氢，它们到底是什么吗?

实际上，磁约束核聚变也需要氘和氚。它们基本上是氢的种类。氢基本上就是一个质子和一个电子围绕着它。氘的核里也有一个中子，氚的核里也有两个中子。这就是氢的两种不同的同位素。

金妮-为什么它们比使用标准同位素更好?

凯特:所以，太阳实际上把氢变成了氦。这是能量上最有利的聚变方式之一因为你不需要像使用氢那样努力工作。

金妮:你的方法和托卡马克的方法有什么不同吗?你用它来限制自己，但还有什么不同呢?

所以，整个方法是不同的，在托卡马克中，你试图做的是限制一定的密度，你真的想无限期地这样做。而在激光驱动的核聚变中，你关心的是让它在一定半径内达到非常高的密度整个过程只持续几十纳秒。第二件很明显不同的事情是，你需要在一秒钟内做很多次才能使它工作。这是一种完全不同的方法。

金妮:为什么有这么多不同的核聚变方法?我们能不计算一下哪一种方法是最好的吗?

凯特:你可以有无数种方法来做到这一点，但这是关于最有利的方法，比如说，你能从哪里得到最大的回报。如果我们能计算出来就太好了，但事实是，我们还不知道所有的物理原理。所以，我认为在我们知道这一点之前，这是底线，因为它仍然是一个科学项目。我们还没有到仅仅是工程问题的阶段。

金妮-你离实际从反应中得到净能量有多近?

凯特:所以，我们现在正处于一个非常激动人心的时刻。目前世界上有一个叫做国家点火装置(NIF)的设施，它位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室，这是唯一一个有潜力在激光聚变中实现收支平衡的设施。目前，他们已经达到了这样一个阶段，燃料吸收的能量比通过中子释放的能量要少，这是一个非常重要的阶段，但它还没有达到收支平衡，因为激光的效率非常低。它们的效率只有1%。所以，我们离燃料的净能量输出实际上大于考虑到激光的所有低效的阶段还很远。所以，这是一个很大的进步。如果他们达到了收支平衡，并且增加了一些，这是一个非常好的阶段，因为这表明这个方法是有效的。然而，为了将其转化为商业发电厂，你需要获得30到100倍的增益。因此，我们需要做一些额外的事情来获得这些收益。我们还需要开发比现有激光器效率更高的新型激光器。 They don't exist yet. And over maybe the next 6 or 7 years, there's a really concerted effort to build these new lasers as well.

戴夫:所以，我突然想到这是一个非常复杂的练习，有点像发射，我猜，它必须非常精确地定位所有这些激光，如果你试着一次又一次地这样做，在本质上的工业过程中，它可能有多实用?

凯特:这有点像把一个网球扔起来，然后试图用另外192个网球来击中它。这项技术并不是特别难。更重要的是，如何在不加热的情况下注入超冷颗粒。这是我们需要解决的问题。还有这些新的激光器。所以实际上，在所有的挑战中，我认为这是最不困难的一个。

金妮-所以，如果你要给我一个最好的猜测，你认为我们要多久才能有核聚变能源为我们的家庭供电?

凯特-我不想把我的手指放在空中，但我的意思是，当你想到磁约束聚变时，你有2040年的示范反应堆。再一次，对于惯性核聚变，我们必须证明它是有效的，然后我们必须证明我们可以得到这些高增益。所以，不管NIF之后会发生什么，它仍然是一个科学项目。所以，我们还有几十年的时间。

金妮-所以，很不幸，这可能不是我们目前能源需求的答案。

凯特:不幸的是，不是，但它必须成为不产生碳的能源产生机制的一部分。本质上，这就是我们的目标。所以，这是一个长期的特征，能源不产生碳。