自20世纪50年代以来，科学家们一直在努力将驱动太阳的核聚变反应带到地球。
12月5日凌晨1点刚过，位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）的科学家们终于在核聚变史上达到了一个重要里程碑：实现了一个能量输出超过输入的反应。
这一刻还不会立即为你的城市带来聚变发电厂——但它是实现这一目标的重要一步，也是科学家们从一开始就在追求的目标。
“这奠定了基础，”LLNL的科学家Tammy Ma在今天举行的美国能源部新闻发布会上说。“它证明了基本的科学可行性。”
从外部看，NIF是旧金山以东一个半干旱山谷里一个不起眼的工业建筑。而在内部，科学家们确实一直在“玩弄”恒星的能量（与NIF的另一项主要任务——核武器研究交替进行）。
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核聚变是太阳产生温暖和照亮地球以维持生命的能量和光芒的方式。它涉及到氢原子相互挤压。由此产生的反应会产生氦和能量——是大量的能量。你今天还活着就是因为它，而且太阳在这个过程中不产生一丝温室气体。
但是，要把聚变变成地球人可以使用的能源，你需要匹配太阳核心的条件：数百万度的高温。在地球上创造一个类似的环境需要巨大的能量——远远超过研究人员通常最终产生的能量。
激光瞄准微小目标
几十年来，科学家们一直在努力回答一个基本问题：如何微调聚变实验以创造出真正获得能量的条件？
NIF的答案是动用一整套高功率激光束。首先，专家们在一个约花生米大小、镀金、两端开口的圆柱体（称为“内腔”或“hohlraum”）中，塞入一个约胡椒粒大小的包含氘和氚的颗粒，这两种氢原子形式带有额外的中子。
然后，他们发射激光——激光会分裂成192束经过精密调优的光束，这些光束从内腔的两端射入，照射其内壁。
“我们不是一次性将所有的激光能量全部轰击目标，”NIF的科学家Annie Kritcher在新闻发布会上说。“我们将非常特定的能量在非常特定的时间分配，以达到所需的条件。”
随着目标室在激光的轰击下加热到数百万度，它开始产生级联的X射线，这些X射线猛烈地冲击燃料颗粒。它们剥离了颗粒的碳外壳，并开始压缩内部的氢——将其加热到数亿度——将其压缩到比太阳核心更高的压力和密度。
如果一切顺利，这将启动聚变。
一项新的世界纪录
NIF于2009年启动时，聚变界的世界纪录属于英国的联合欧洲环（JET）。1997年，使用一种称为托卡马克的磁场法，JET的科学家们产生了他们输入能量的67%。
这项纪录保持了二十多年，直到2021年底，NIF的科学家们打破了它，达到了70%。紧随其后，许多关注激光的人都在低声询问一个显而易见的问题：NIF能达到100%吗？
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但聚变是一种出了名的精密科学，特定聚变实验的结果很难预测。任何如此高温的物体都将违背科学家的意愿而冷却。设置上的微小、意外的差异——从激光束的角度到颗粒形状的微小缺陷——都可能对反应结果产生巨大影响。
正因为如此，每次NIF的测试，虽然持续时间只有十亿分之一秒，但都需要数月的细致规划。
“所有这些工作都导致了上周一凌晨1点刚过的一个时刻，我们进行了一次试验……随着数据的开始输入，我们看到了第一个迹象，表明我们产生的聚变能量超过了激光输入，”NIF的科学家Alex Zylstra在新闻发布会上说。
这一次，NIF的激光向颗粒注入了205万焦耳的能量——颗粒爆发出了315万焦耳的能量（足够美国普通家庭使用约43分钟）。NIF的科学家不仅实现了100%点火的里程碑，他们做得更远，达到了150%以上。
“说实话……我们并不惊讶，”总部位于加拿大温哥华、旨在到2030年代建造商业可行聚变发电厂的私人公司General Fusion的系统工程师Mike Donaldson表示，他没有参与NIF的实验。“我想说这是完全符合预期的。它确实是多年渐进式进展的结晶，我认为这太棒了。”
但是有个陷阱
这些数字仅计算了激光传递的能量——忽略了这样一个事实，即这束激光，是地球上最大、最复杂的激光之一，为了启动它，首先需要从加州的电网获得约300兆焦耳的能量。
“这束激光的设计并非为了高效，”LLNL的科学家Mark Herrmann在新闻发布会上说。“这束激光的设计是为了尽可能多地输出能量。”平衡这束耗能巨大的激光似乎令人望而生畏，但研究人员对此持乐观态度。这束激光是基于20世纪末的技术建造的，NIF的领导者表示，他们看到了使其更高效、更强大的途径。
即使他们做到了这一点，专家们还需要弄清楚如何进行多次获得能量的重复试验。这是另一个巨大的挑战，但它是将其作为发电厂可行基础的关键一步。
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“今天的科学成果太棒了，”Donaldson说。“我们还需要关注所有使聚变商业化所需的其他挑战。”
聚变发电厂很可能采用不同的技术。许多实验反应堆，如JET和正在法国南部建造的ITER，它们不使用激光，而是通过强大的磁场在特殊设计的腔体中塑造和控制超高温等离子体来模拟太阳。近年来涌现的绝大多数私营聚变公司也在重点投入磁场法。
无论如何，在你们用廉价聚变能源驱动的设备上读到这样的文章之前，还有很长的路要走——但那一天，距离某个重要的里程碑，可能已经近了很多。
“自激光点火首次被梦想以来，已经过去了60年，”Ma在新闻发布会上说。“这确实是对实现这一目标的人们的毅力和奉献精神的证明。这也意味着我们有毅力实现电网上的聚变能源。”
