LLNL在三篇论文中详细讲述了2021年8月的创纪录聚变研究成果

在劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的点火装置顺利实现超过 1.3 兆焦耳能量的一周年后，这项创纪录的科学研究结果，已经发表在《物理快报评论》和《物理评论 E 刊》上。据悉，经过数十年的惯性约束聚变研究，该研究机构于 2021 年 8 月 8 日首次实现了大于聚变收益临界点的能量产出。

图示用于上述创纪录惯性聚变实验的低温目标（来自：James Wickboldt / LLNL）

在同行评议的三篇论文中，有一篇发表于《物理快报评论》、另有两篇发表于《物理评论 E 刊》。

不过为了表彰多年来辛勤参与的工作者们，我们也看到了相当夸张的超 1000 人作者名单。

LLNL 惯性约束聚变项目首席科学家 Omar Hurricane 表示：

作为聚变研究的一项重大科学进步，其证明了在 NIF 实验室条件下完成聚变点火工作的可行性。

此前这一点火条件，曾是各大惯性约束聚变研究团队长期争夺的目标。

而在这项新工作中，LLNL 团队开辟了一套新颖的实验机制 —— 其中 α 粒子的自热，超过了聚变等离子体中的所有冷却机制。

论文中详细描述了 2021 年 8 月 8 日的这一历史性时刻，辅以相关实验设计、改进和测量。

作为《物理评论 E 刊》上发表的文章的第一作者，LLNL 首席实验物理学家 Alex Zylstra 指出：

2020 – 2021 年初首次于‘燃烧等离子体’状态下开展的实验，为去年的创纪录成果奠定了坚实的基础。

在那之后，我们一直在对其加以持续改进，直至 2021 年 8 月 8 日那一天。

而物理设计和目标质量的改进，都在其中发挥了重要的作用。

另一研究一作、LLNL 物理学家 Annie Kritcher 补充道：

这项实验包含了一些重要的变化，与之前的实验相比，我们通过更有效的空腔来减少滑行时间。

这也是在‘燃烧等离子体’和‘点火状态’之间发生转变的关键节点，此外 LLNL 团队改进了胶囊质量并采用了更小的燃料填充管。

去年 8 月之后，研究人员仍在继续开展一系列实验，以期重复验证、并了解这一新机制下的实验敏感性。Kritcher 表示：

每项实验都会受到诸多变量的影响，且 192 束激光的每次击中表现并不完全相同。

而目标质量的不尽相同，意味着冰层在以不同的粗糙度生长。

不过上述实验为我们提供了一个机会，以测试并理解包括这种新颖、敏感的实验方案在内的可变性。

尽管重复尝试尚未达成与 2021 年 8 月实验相同的聚变产出水平，但它们均已证明聚变效益 >1 。

其产出在 430-700 kJ 之间，显著高于去年 2 月以来的 170 kJ 最高值。展望未来，LLNL 团队希望通过对激光器的持续改进，努力提升聚变的性能与鲁棒性。

此外通过进一步的设计变更，其有望改善向热点的能量输送、同时保持（甚至进一步提升）压力 —— 这包括改进聚变燃料的压缩、添料量、以及其它途径。