2022年12月5日，加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们将体育场大小的激光聚焦在一个顶针大小的目标上，在十亿分之一秒内使其蒸发。测量结果很快表明，从目标中释放出来的能量比进入的能量多——这是在实验室聚变反应中首次获得能量。这一实验成果对能源生产意味着什么?这对核武器意味着什么呢?
物理学家自1920年起就梦想利用核聚变能量亚瑟·爱丁顿首先求婚太阳的能量可能来自核聚变——在太阳内部的极端压力和温度下，质子之间的自然斥力可以被克服，使氢原子融合成氦，释放出能量，为我们的恒星提供动力。在第二次世界大战爆发前的几年里，物理学家和化学家的理论和实验工作表明，大量的能量可以释放出来，要么通过分裂重原子核(裂变)或将轻核结合在一起(融合)．裂变的潜力在1945年7月16日黎明前的新墨西哥沙漠中得到了展示，当时三位一体装置利用钚的裂变产生了相当于2万吨TNT当量的爆炸，将世界震撼到了“原子时代”。
迪伦丁/ UCS
核聚变的更大的能量潜力在七年后被证明裂变炸弹是用来引爆的融合世界上第一个热核装置演示中的反应。这次被称为“常春藤麦克”的试验的当量为1040万吨，是在长崎爆炸的裂变弹的450倍。这种破坏力的惊人增长之所以成为可能，是因为聚变反应虽然难以启动，但却比裂变反应释放出多得多的能量。由于其威力更大，热核武器现在占据主导地位我们的核武器库．
从那时起，核聚变就代表了一种强大的对立，即自然的终极能源和人类最具破坏性的能力。从那时起，对可控核聚变能的追求与制造更复杂核武器的努力就一直联系在一起。
国家点火设施在核储备中的作用
美国在1945-1992年期间进行了1 000多次爆炸核试验，以发展和试验其核武器设计。1996年，美国签署了《全面禁止核试验条约》同意停止爆炸性核试验。此后，已有185个国家加入了该条约，但美国仍是尚未批准该条约的10个国家之一，尽管美国遵守了该条约的条款。为了了解其性能、寿命，并维持现有核武器，美国开始了一项以科学为基础的“库存管理该计划使用复杂的实验室实验和先进的计算机模拟来证明武器的可行性和性能。该设施于12月5日进行了突破性的研究th实验是这个项目的关键。被称为国家点火装置(NIF)，它是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的核心，也是该实验室几个先前激光设备的继承者。
NIF在库存管理计划中发挥了重要作用，生成了有关材料的数据，可用于在以前只能通过爆炸性核试验才能达到的温度和密度条件下对计算模型进行基准测试和改进。NIF有三个足球场那么大，它能以精确、高度可调的方式将高达500万亿瓦的光功率聚焦到毫米级样本上。它使用192束激光束同时发射一个持续数纳秒(十亿分之一秒)的脉冲。
美国能源部。
NIF的激光已经被训练在元素周期表上的材料上，以找出它们如何在高密度下转变为液体和等离子体。这有助于更详细地了解核武器物理学，例如，“增强”裂变武器(也依赖于氘和氚的聚变)以及发生在热核武器次级阶段的过程，在这些阶段发生聚变反应以增加产量。NIF还可用于产生x射线和伽马射线，用于研究武器部件和组件的辐射硬度。
通往核聚变的道路崎岖不平
将物质驱动到前所未有的密度和温度的能力也使NIF成为聚变研究的独特工具。核聚变需要克服原子核内质子推开其他原子核的自然倾向(就像磁体对位一样)。NIF依赖于一种叫做“惯性约束聚变在ICF中，激光被转换成x射线，烧蚀掉含有聚变燃料的薄金刚石壳。这一过程向内发送强大的冲击波，将燃料加热并压缩到异常高的压力和温度(1000亿个大气压和数百万度)——结果刚好足够诱导氘和氚，这两种氢的同位素，像爱丁顿最初假设的那样聚变成氦。这个过程经常被比作挤压一个水球，而不让它从一个人的手指中鼓出来。
十年来令人沮丧的缓慢进展表明，即使是燃料压缩过程中的微小缺陷或不对称也会破坏结果。这一工程挑战让许多人有理由怀疑ICF是否是一种可行的核聚变方法。在这段时间里，激光基础设施和具有极其严格公差的目标的生产得到了不断的改进。模型得到了调整，压缩的对称性得到了改善，逐渐地，困扰以前尝试的障碍得到了更好的理解。12月5日th实验表明，核聚变产生的能量是到达燃料的能量的1.5倍。几乎翻了一番这是NIF之前的记录这一目标于2021年8月实现，但此后再未实现。
我们正在走向商业化的核聚变能源吗?
尽管最近取得了备受称赞的成果，但NIF并不是一座核聚变工厂，将来也不会是。12月5日的实验所产生的能量只返回了来自电网的总能量的1%。激光大约可以每天发射一次(当设备被压到极限时甚至更少)，而ICF作为一种可行的能源需要每秒重复发射10次，能量增益远远高于1.5。竞争技术依赖于磁约束，使用甜甜圈形状的加速器，称为“tokomaks虽然他们还没有证明NIF产生的这种类型的净收益，但对于商业化的聚变能源来说可能更可行。这类设备中最大的，被称为“ITER”是一个多国合作项目，目前正在法国建设中，而许多较小的研究托科马克在全球范围内运行。
虽然NIF的结果是数十年努力的科学和工程突破，但它并不意味着商业核聚变能源生产即将到来。首先需要克服许多技术障碍，这些可能需要几十年的时间;如果一个可行的核聚变发电厂就像第一次把宇航员送上月球，那也许就是小鹰号。因此，这一结果不应使我们忽视采取紧急行动发展清洁能源而且应对气候变化是这个十年所需要的。
科学(和政治)的工具
虽然大多数实验都是为了上述目的而保留的，但NIF也通过有限的和竞争性的研究在基础科学领域产生了新的结果学术用户计划．已经进行了实验来研究系外行星的内部结构，超新星的不稳定性，以及宇宙早期历史上的核合成。因为NIF可以达到任何其他平台无法达到的条件，它允许在未经探索的条件下进行新科学研究，而不仅仅是在武器研究中。
与此同时，NIF是一场新的技术军备竞赛的一部分。在后冷战时代，展示高能物理技术能力已成为各国展示其核威慑能力可信度的替代方法。其他核国家，包括英国、法国、俄罗斯和中国，要么已经拥有，要么正在发展大型激光设施，表面上是为了聚变研究，但也与核现代化计划密切相关。
虽然最近在NIF上的实验突破可能会激发私营部门的兴趣，但核聚变的双重用途的现实意味着ICF和国防研究永远不会完全分开。正如许多技术突破一样，最强大的也可能是最具破坏性的。当我们学会控制锁在原子核中的能量时，如何使用它取决于我们自己。