12月13日，美国那边传来了⼀个核聚变领域的⼤新闻——劳伦斯·利弗莫尔实验室的“国家点⽕装置”取得了前所未有的重⼤突破。在实验中，这个装置输⼊了总能量为2.05兆焦的激光，引发了氘氚聚变反应，最终输出了3.15兆焦的能量。别看输出能量没多少，连1度电都不到（1度电 = 3.6兆焦），但输出能量与输⼊能量的⽐值Q达到了1.54，意味着输出能量⽐输⼊能量⼤了50%还多。
⽽在此之前的⼏⼗年⾥，⼈类进⾏过⽆数次核聚变试验，能量⽅⾯全都⼊不敷出。（好吧，氢弹除外……）这是史上第⼀次，⼈类在可控核聚变试验中做到了Q>1，实现了能量正增益！
核聚变，未来能源终极梦想。核聚变，顾名思义，就是两个或多个较轻的原⼦核结合，⽣成1个较重的原⼦核。
在太阳内部，就时刻进⾏着四个氢原⼦核（质⼦）聚变成⼀个氦原⼦核的反应，将原⼦核中的⼀部分质量转化为能量，最终以光和热的形式释放出来，普照万物。核聚变燃料可以从海⽔中提取，号称“取之不尽，⽤之不竭”。如果能把核聚变反应搬到地球上来为我所⽤，⼈类将⼀举解决未来的能源问题，并有希望减少对化⽯燃料的依赖，扭转全球⽓候变暖的趋势，前景⼗分美好！
早在70年前，⼈类就在地球上成功实现了核聚变——1952年，史上⾸颗氢弹试爆成功，释放出的能量超过1000万吨TNT同时爆炸。但那些能量⽆法被⼈类利⽤，因为那是不可控的核爆炸——总不能随随便便就炸颗氢弹拿来发电⽤吧……想要实现⼈类未来能源的终极梦想，单把核聚变搬到地球上还不够，聚变能量必须以较温和的⽅式源源不断地释放出来，实现所谓的可控核聚变才⾏。
为此，⼈类努⼒了⼏⼗年，开发出了多种可控核聚变试验装置，通过不同的途径达成并维持类似太阳核⼼处的极端环境——那是核聚变反应得以发⽣的先决条件。毫⽆疑问，这是需要消耗能量的。理论上说，只要由此引发的核聚变反应能够产⽣更多的能量，完全补偿启动核聚变所消耗的能量，让可控核聚变⾃我维持下去，那这件事就算成了。现在，你⼤概可以理解，“国家点⽕装置”做到Q>1，有多么⾮同⼩可了。
美国能源部对此也极为看重，甚⾄在正式发布成果之前还专⻔开了媒体吹⻛会。
那么，这个“国家点⽕装置”是何⽅神圣？实现了能量正增益之后，核聚变发电是不是就近在咫尺了呢？NIF，美国国家点⽕装置。美国“国家点⽕装置”，全名叫National Ignition Facility，缩写为NIF，1997年开建，2009年建成，是⼀种惯性约束激光核聚变试验装置。它所实现的核聚变反应，称为氘氚聚变。
地球上很难实现太阳核⼼处那种⾼温⾼压⾼密度的环境，太阳内部四个质⼦聚变成⼀个氦核的过程也很复杂，条件⽐较苛刻。相⽐之下，氘氚聚变的要求要稍低⼀些。氘氚都是氢的同位素：氘原⼦核是⼀个质⼦加⼀个中⼦，氚原⼦核是⼀个质⼦加两个中⼦。它俩聚变会⽣成⼀个氦原⼦核，并释放出⼀个中⼦。
要想实现氘氚核聚变同样不易。两个原⼦核都带正电，距离越近，电荷产⽣的排斥⼒就越⼤。
要让它们发⽣聚变，距离需要接近到10-15⽶，也就是⼀根头发丝⼉的500亿分之⼀，温度也必须要达到上亿度才⾏。有多种⽅法可以产⽣这样的极端环境实现可控核聚变，⽐如磁约束（即托克⻢克）、仿星器等。其中最为简单粗暴的，当属NIF所采⽤的惯性约束。它的原理很简单，就是把很多路强激光束聚焦在⼀个特别⼩的点上，从⽽引发核聚变。
NIF装置使⽤了192路紫外激光，⼀次能打出2.05兆焦的能量，⼤概相当于0.57度电。看起来并不⼤，但这是在3纳秒（1纳秒 = 1x10-9秒）之内发出的脉冲，瞬间的功率相当于美国所有电站功率的⼤约1000倍。在这些激光束所聚焦的地⽅，放置了⼀个⻩⾦制成的“⿊腔”。⿊腔的中⼼就是靶丸，直径只有2~3mm。192路激光分成上下两束射进⿊腔，产⽣强⼤的X射线，将靶丸的外壳瞬间变成等离⼦体。
向四周⻜散的离⼦产⽣反作⽤⼒，以400千⽶/秒的速度极度压缩靶丸装有氘氚燃料的内层，达到上亿度的⾼温和数千亿个⼤⽓压。然后，“呯”的⼀声，在靶丸中⼼区域引发核聚变。所谓“惯性约束”，是指靶丸外壳和燃料向内压缩的过程，会在惯性作⽤下，将⾼密度状态维持⼀段时间。
这个过程说起来容易，做起来却极难。
要产⽣如此⾼能量的激光束，需要极为庞⼤和复杂的装置；192路激光要恰好会聚在⿊腔的两端；产⽣的X射线要均匀地压缩靶丸；中⼼区域聚变开始后，要在靶丸⻜散之前，让尽可能多的燃料发⽣聚变；等等等等。这⾥的每⼀项，都是⾼科技，都是拿钱烧出来的。⽽美国这次实现的能量正增益，指的就是靶丸核聚变产⽣的能量已经⼤于产⽣激光所消耗的能量，满⾜了核聚变反应能够“⾃持”的先决条件。
这确实算得上是⼀项⾥程碑式的成就，那是不是说明，核聚变发电就快要实现了呢？还差得远！
简单来说，NIF就不是为了核聚变发电⽽设计的。想要真正实现核聚变⾃持，需要连续不断地更换新的⿊腔和靶丸，实现每秒10次的频率，并把聚变产⽣的能量转化成电能，再⽤它来发出激光。⽽NIF的惯性约束聚变却是⼀锤⼦买卖，每进⾏⼀次试验后，需要再过4-5个⼩时，才能开始下⼀次。
更何况，它折腾完⼀次核聚变，产⽣的能量都不到1度电，和梦想中的核聚变发电差距实在太⼤了。另外，如何把核聚变产⽣的能量收集起来也是个⼤难题。氘氚聚变会产⽣⼀个14.1兆电⼦伏的快中⼦，聚变能量有80%都在这个快中⼦的身上。要想捕获这部分能量很不容易，因为快中⼦可以很轻易地穿透⾦属材料⽽逃⾛，需要在外⾯设置中⼦屏蔽和冷却装置，并⽤产⽣的热量来发电。
这些能⼒都不是NIF所能具备的，因此把能量转化成电能根本⽆从谈起。
⽽且，就算假设NIF能够连轴运转，就算真能实现能量百分百转化为电能，它还存在着⼀个“致命缺陷”，那就是——要产⽣2.05兆焦的激光，所耗费的能量可远远不⽌2.05兆焦。各种设备都需要要冷却，再加上激光的损耗，消耗的电能⽐这0.57度电可要⼤得多。因此即使NIF宣称实现了Q=1.54，那也只是⼀个理想值，它仍然实现不了⾃持核聚变。
要知道，NIF装置可是个烧钱⽆底洞，12年的建设共耗资35亿美元，快赶上⼀艘核动⼒航⺟了。如此⼀来，你⼤概会产⽣这样⼀个疑问：为了这么⼀个不能发电的核聚变装置，美国⼈为什么投钱投得这么⼤⽅呢？奥秘就在于NIF模拟核试验的能⼒。NIF装置的⿊腔和靶丸结构其实挺像⼀枚微型氢弹的。在⼤多数国家已经签署《全⾯禁⽌核试验》条约的⼤背景下，使⽤所谓的“科学装置”来变相地进⾏核试验，才是NIF更重要的使命。
这次NIF实现能量正增益，在武器层⾯上会带来很⼤好处，有助于设计更⼤当量或者更加⼩型化的氢弹。⽽⼈们⼼⼼念念的核聚变发电，想要真正实现，恐怕还有待时⽇。再等50年肯定要的！NIF装置实现Q>1，是⼀项货真价实的重⼤突破，但惯性约束聚变装置的固有特点，使它在持续发电⽅⾯有着天⽣的劣势。相⽐之下，另⼀种磁约束聚变装置就⽐较有优势了。例如，正在建设中的“国际热核试验堆”ITER，⽬标就是Q>10。
ITER是⼀个磁约束聚变装置，即“托克⻢克”。它的原理是把极⾼温度的等离⼦体⽤磁场约束在⼀个环形腔室内，并维持⾜够⻓的时间。这样⼀来，氘氚燃料就能在腔内持续聚变和输出能量，⽽腔室外⾯设置的含锂包层则可以吸收中⼦能量并转化成热能。ITER的设计聚变功率是50万千瓦，相当于⼀座⼩型⽕电⼚，但ITER仍然不能发电，只会⽤于测试聚变能量的转化。
但作为⼀个多国联合开展的项⽬（我国也有参与），ITER最⼤的问题是“拖延症”。由于种种原因，ITER的进展极其缓慢，建成时间⼀拖再拖。⽬前的说法是2025年建成，不过说实话，我看悬。⽽在ITER成功之后，要真正实现发电还要建设聚变示范堆，实现商⽤估计还要等更久。所以⼈们说“核聚变发电永远还需要再等50年”，并不是⼀点道理也没有。
现在，惯性约束的NIF装置实现了Q>1，相信对ITER的建设也是⼀个刺激。可控核聚变⼀直存在惯性约束和磁约束这两⼤路线之争，美国⼀直偏爱惯性约束，这可能与它对模拟核试验的兴趣有关，欧洲和⽇本就更倾向于磁约束的托克⻢克装置。或许，NIF此次取得突破，能够倒逼ITER加快进度，把“50年”缩短成40年甚⾄30年，也不⼀定。
（但肯定不可能再短了……）对于想要和平利⽤核聚变的⼈类来说，这也能算是⼤功⼀件了吧。