爆炸一颗氢弹容易,想要驾驭氢,让它按人类的要求缓慢地释放光和热却是一件极其困难的任务,以至于近七十年过去后的今天,科学家们依然无法实现长时间稳定可控的核聚变目标。核聚变的原理很简单,就是模拟太阳和大多数恒星那样,对氢气或氢的同位素氘和氚施加极高的压力的温度,迫使它们带正电的原子核融合在一起,成为氦这样更大的原子核,在这个过程中,原子会释放巨大的热量。

(氘-氚核聚变)太阳是一颗由73.46%的氢和24.85%的氦构成的恒星,它的直径有139万公里,质量约为地球的33万倍,在其拥有3000亿个大气压和1500万度高温的内核,每秒钟有近6亿吨的氢原子被压在一起变成氦,同时产生巨大的能量。(太阳内部结构)我们在地球上很难实现3000亿个大气压这样高的压强,需要用更高的温度来弥补压力的不足,促成氢原子核之间的融合。

科学家们估算,我们需要将氢加热到1亿度以上的高温,才有可能让处于离子态的氢原子聚变成为氦,这个过程需要消耗巨大的能量。由于核聚变的过程中能产生更多的能量,所以用它来发电是合算的。目前世界上已知的可控核聚变装置主要有两类,一类是我们国家最近试验成功的高温超导托卡马克磁约束装置;另一类是惯性约束,其中具有代表性的就是我国的神光系列,和美国国家点火装置。

(托卡马克磁约束装置)托卡马克装置的原理是制造一个巨大的电磁环状管道,将其内部的核燃料加热到极高温度,使其成为高温离子体,通过控制离子体的密度来实现融合;而美国国家点火装置(NIF)则是通过向填充了氘氚的小球发射高能激光束,来促使其瞬间达到极高的温度和压力,以达成核融合的目的。(圆环中间的小珠是美国国家点火装置的氘氚聚变靶)美国国家点火装置诞生关于运用惯性约束的激光点火,实际上早在1970年左右就已经被美国核物理学家和核武器设计师Ray Kidder提出了,之后在劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国国家科学院和能源部的科学家们十多年的争论之后,美国国会众议院批准能源部投资建设NIF,预算投资11亿美元(当时的11亿美元是挺大一笔钱)。

1996年,美国国家点火装置在位于加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室开始建设,工程进行过程中因为技术和管理问题经历多次波折。到2002年NIF的工程造价已经上升到28亿美元,直到2009年6月才开始第一次激光打靶试验,这时他们已经花掉了超过35亿美元,2010年10月才宣布建设完成。从这以后,国会每年要为国家点火装置拨付超过4.5亿美元用于试验,据审计委员会估计NIF总共花费要超过80亿美元。

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