上周，政界人士和领导人在格拉斯哥举行了 COP26 会议，旨在制定可能缓解气候危机的政策。由于能源需求正在加剧这场危机，人们可能会被吸引着看向燃烧的太阳，并思考我们是否能做到它所做的事情——也就是核聚变。
几十年来，科学家们一直在努力实现聚变。然而，真正实现这一目标需要克服无数的后勤挑战。尽管聚变是一个进展缓慢的科学领域，但科学家们正稳步接近实现这个梦想。
他们将精力分配到两种类型的聚变反应堆上。一种方法是大规模尝试在一个房间大小的室内引发聚变。另一种方法是小规模地在一个针尖大小的颗粒上尝试做同样的事情。但最终，两者都试图模仿太阳的运作方式。
我们的恒星通过融合氢原子产生巨大的热量和耀眼的光芒，氢原子相互挤压形成氦以及巨大的能量。这正是聚变研究人员最终想要实现的：如果我们能在地球上创造出一个微弱的恒星影子，那将为获取海量清洁能源打开大门。
这是两种最有前途的方法。
大规模方法
太阳能够轻易地融合氢原子，这归功于其核心的灼热条件。在数千万摄氏度的高温下，原子会克服将它们分隔开来的电磁力。它们发生聚变。这种反应不会产生温室气体。
在这样的温度下，原子非常热，以至于它们会失去电子，变成由带电粒子组成的灼热混合物，称为等离子体。通过施加电场和磁场，科学家们可以操纵和搅动这种混合物。
在地球上制造等离子体是可行的。但这只是第一步。接下来，物理学家必须将等离子体压缩到足够高的密度。一种方法是将等离子体置于严酷的磁场约束中。这被称为磁约束聚变。
这种方法最著名的装置是托卡马克：一种环形腔室，通常和中等大小的房间一样大。腔室的壁上装有强大的磁铁，这些磁铁有助于约束等离子体，直到其达到足以引发聚变的高密度。
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聚变长期以来追求的目标是达到一个称为“点火”的阈值，即反应堆输出的能量超过启动它所需的能量——这是使聚变发电厂可行的必要基准。但尽管磁约束聚变自 20 世纪 50 年代以来就已存在，但迄今为止，还没有任何此类反应堆接近这个目标。
但科学家们希望，那一天可能就在眼前。位于法国南部山丘中正在建设的是有史以来最大、最强大的托卡马克：国际热核聚变实验堆（ITER）。它的托卡马克将比目前最大的托卡马克大十倍。ITER 已经进行了十多年的研究，希望于 2025 年开始运行。它被誉为有史以来最昂贵的科学实验。
小型方法
2021 年 8 月，在离法国半个地球的地方，另一种反应正在进行。在美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF），科学家们宣布，他们进行的聚变效率之高，几乎达到了点火的水平。
NIF 的成功实验中没有托卡马克。相反，NIF 使用一种称为惯性约束聚变（inertial confinement fusion）的反应。这种方法依赖于将一小颗粒氢燃料，通常只有针尖大小，用强大的冲击波冲击它。当这些冲击波掠过颗粒时，它们会在内部压缩并加热氢，使其达到引发聚变所需的高压和高温。
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物理学家可以通过多种方式产生这些冲击波，但几乎所有方式都依赖于将高能激光对准颗粒。一些设施直接用激光轰击颗粒。而 NIF 则将激光的能量转化为 X 射线，X 射线再轰击颗粒。
这需要更多的能量，但由于给科学家们提供了更多的操作空间，也使得装置不那么精密，更容易管理。“要让这些东西压缩……的过程非常微妙。一切都必须非常、极其精确，”NIF 主任 Doug Larson 说。
NIF 及其同类装置可以产生比托卡马克更高的巨大压力——但托卡马克的压力持续时间要长得多。
Larson 说：“在 NIF，我们可以产生高达约一百亿个大气压的压力——非常、非常、疯狂的极端压力——但这些东西在我们靶室中只存在万亿分之一秒。”
NIF 是唯一一个这么大的惯性约束聚变设施，尽管其他类似的设施，如法国波尔多的激光聚变装置（Laser Mégajoule）以及中国提出的神光四号（Shenguang IV），未来或许能与之匹敌。
聚变有一个更光明的未来？
物理学家们说，现在是聚变领域令人兴奋的时期。Larson 说：“在过去的一年里，很多理解都逐渐明朗，NIF 的进展确实加速了。”
聚变反应堆提供了近乎无限能源的希望——但它们远非气候危机的即时解决方案。例如，NIF 在 8 月进行的实验依赖于一个每隔几小时才能脉冲一次的激光。但 Larson 说，要使惯性约束聚变发电厂在商业上可行，该激光需要每秒钟发射一次。NIF 计划升级该激光。
至于 ITER，这个正在法国建造的巨型托卡马克，它只是实现聚变能源可行性的一个中间步骤。它的建造者希望 ITER 的知识能改进下一代聚变反应堆，称为示范聚变发电厂（Demonstration Fusion Power Plant），或DEMO。他们希望 DEMO 能够为大众带来聚变。这些发电厂的建设要到 2030 年代才会开始。
