人类首次！加州理工华裔女科学家带团队实现人造太阳实验重大突破

　　历经几十年，可控核聚变的里程碑终于到来。史上首次，人类实现了输出能量大于输入能量的可控核聚变。这一过程被称为点火（ignition） 。
　　人类历史上第一次意义重大的能源进步，是对火的控制和利用。如今我们再次举起火把，让人造太阳不再是天方夜谭 。
　　几十年的里程碑，人造太阳的一大步12 月 13 日，加州的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室宣布，首次成功在核聚变反应中实现净能量增益 （即产生的能量超过了消耗的能量），在可控核聚变的道路上更进一步。
　　这些陌生的名词可能让人雾里看花，先让我们了解一下可控核聚变的概念。核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变 ，这种反应在太阳上已经持续了 50 亿年，恒星其实就是一个个的天然核聚变装置。
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　　比起核裂变、焚烧化石燃料，核聚变有很多好处：它不排放碳，不产生核裂变般的核辐射和核废料 ；由于核聚变需要极高温度，一旦燃料温度下降，聚变反应就会自动中止；一小杯氢燃料，理论上可以为一所房子提供数百年的能源。所以，聚变能是一种接近无限的、清洁的、安全的新能源 。
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　　聚变是宇宙的能量来源，发生在太阳和恒星的核心.如果人类能够以可控的方式，复制太阳的聚变反应，那会怎么样？
　　这种可控核聚变的愿景，被俗称为人造太阳 。可控核聚变的终极目标，是让海水中大量存在的氘在高温条件下发生核聚变，为人类提供源源不断的清洁能源，替代化石原料和常规核能，且资源耗损远低于太阳能和风力发电。
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　　相关研究从上世纪 50 年代就开始了，困扰科学家的地方在于，聚变反应消耗巨大的能量，如何让产生的能量超过消耗的能量 。难上加难的是，能量还得持续稳定地输出，不能昙花一现。
　　12 月 5 日，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室，通过惯性约束聚变技术，终于实现了净能量增益的聚变反应 ，朝着人造太阳更近了一步。研究人员将 192 束巨型激光射入一个橡皮擦长度的镀金黑腔，强烈的能量将容器加热到超过 300 万摄氏度，容器内装有胡椒粒大小的燃料颗粒。
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　　激光的靶子很小，但是靶室很大.激光不断反射加热，最终产生 X 射线。X 射线剥离了颗粒的表面，引发了类似火箭的内爆，将温度和压力推向了只有在恒星、巨行星和核爆炸中才能实现的极端，内爆的速度达到每秒 400 公里，导致氘和氚聚变。
　　最终，在持续不到万亿分之一秒的瞬间，激光输入的能量为 2.05 兆焦耳，聚变产生的中子的能量是 3.15 兆焦耳，后者除以前者，能量增益大于 1。
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　　目前，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的激光大约每天只发射一次，成本又极高，短时间不可能建立起一个可行的发电厂。在新闻发布会上，劳伦斯·利弗莫尔主任 Kim Budil 表示，发布会代表的是一次聚变点火，但要实现商业核聚变发电，还需要做许多事，其中包括每分钟产生许多次核聚变点火。
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　　能源技术专家 Julio Friedmann 指出，现在取得的成果非常重要，如果不能实现输出的能量大于输入的能量，就无法成为能量的来源。但它在未来 20-30 年里都不会对气候减排做出有意义的贡献，这就是点火柴和造燃气轮机的区别。
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　　罗切斯特大学教授、激光聚变专家 Riccardo Betti，将核聚变的这次突破，比作人类第一次知道如何将石油提炼成汽油 ：你仍然没有引擎，你仍然没有轮胎，你不能说你有车。
　　人类迈出了一大步，但前面可能还有几千几万步 。
　　为了下一代清洁能源，全世界摩拳擦掌在过去的几十年里，许多国家都在推进可控核聚变。惯性约束，是实现可控核聚变的两大主流方案之一，另一个是磁约束。
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　　煤、石油、天然气有枯竭的可能，并带来环境污染；风能、水能、太阳能等受限于天气或地理条件；核裂变所需要的铀、钚等元素储量有限，还会产生放射性。相比之下，可控核聚变技术，是被全人类寄予厚望的未来能源方式，有终极能源之称，因为它几乎能一劳永逸地解决能源问题。
　　带领这个团队的华裔科学家Tammy Ma也因此备受关注。
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　　国家点火设施的实验物理学家Tammy Ma博士在一次采访中谈到激励她的因素，她为什么热爱科学，她对回馈社会的信念，以及对年轻科学家的建议。
　　以下是采访全文：
　　动机和职业道德
　　不幸的是，我的母亲没有机会读完高中或上大学，因为她十几岁时移民到加拿大。所以我和弟弟一直被灌输教育非常重要的思想。这是我妈妈一直为她错过的东西而感到难过。我们的父母从不给我们压力，而是总是告诉我们要努力学习 。我妈妈从来没有希望我们变得富有或出名，她只希望有一份自己热爱的事业，同时也希望能让你有一个稳定、舒适的生活方式。她为我们的成就感到骄傲。但我认为她更自豪的是，我们都对我们所做的工作非常非常有激情(我哥哥也是物理学家!)，我们为扩大我们的科学知识做出了贡献。对她来说，这是一件很酷的事情，她生下的孩子现在能够以这种科学的方式回馈社会 。
　　科学是一种适合
　　科学绝对符合我的性格，因为它非常直截了当，不带感情色彩。我喜欢努力揭露事实以得到直接的真相 。这就像在学校做数学一样——总会有正确答案。要达到这一点可能需要很多创造力。可能需要很多失误才能达到这一点。但最终你还是在寻找真相。一旦你弄清楚了这一点，这就有助于解释很多其他不同的部分。我喜欢这一切都在一起的方式，有很多意义。它给我周围混乱的世界带来了秩序 。
　　在实验室的工作
　　我们都承认＂点火＂是我们正在研究的一个非常困难，具有挑战性的问题 。我们所做的一切都是最前沿的。我们从来没有建造过这么大的目标和这么疯狂的规格，我们从来没有在这样的密度，这样的温度，这样的极端条件下做过物理实验。我们真的一直在挑战新的极限，所以如果出了什么问题，我们不会互相指责——这只是物理现象 ，这是自然现象，这就是我们试图解决的问题。你们唯一能做的就是一起工作——这是一个巨大的团队努力。
　　我在这个过程中的部分，大部分时间在干什么？
　　我是一名实验物理学家，所以我喜欢待在实验室里。我喜欢触摸东西，设置实验和诊断。我们每天都要拍摄，我们必须设置和准备。我现在的大部分工作都是在电脑上完成的。
　　我们将与设计师、实验人员和(实验)活动负责人开会，决定我们在NIF上要做什么，是采取下一步的点火或α加热(聚变反应开始变得自我维持)，还是另一个基于任务的项目。我们会一起想出一个实验的想法，设计师们会去尝试建立模型，看看它是否有意义，然后实验者们会想出一个方法，在NIF上建立它。
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　　我是一个实验主义者，所以我现在在开发和执行我们的实验方面的很多工作 包括通过我们的NIF(信息技术)工具在线设置镜头，并将其输入NIF系统。一旦一切就绪，我们就开始拍摄，然后数据回来，我们花时间分析并试图理解和解释数据。一旦我们有了这些，我们就会作为一个大团队重新聚在一起，找出下一步可能会做什么。这是一个连续的循环，但很有趣。
　　有目的的科学
　　我喜欢在利弗莫尔工作的原因是，我们做的科学是有目的的。无论是国家安全，还是能源研究，还是气候变化，这些都是有角度的，而且是可以实现的。你们召集了非常优秀的人来做这个非常困难的项目。这些都是非常大的科学——不是一个科学家在他或她自己的小实验室里就能搞清楚的。你需要庞大的团队和大量的资源，你需要来自科学界的支持，在这里你可以得到这一切 。希望我们所做的对社会和人类生活有积极的影响。
　　＂工作-工作 ＂的平衡
　　我的一个好朋友没有说要寻求工作与生活的平衡，而是＂工作与工作＂的平衡。我认为这很有趣，但也很恰当。因为当你有一份热爱的工作，并且对它充满激情时，你可能会每天工作8个小时 。但还有另一种工作，你不必在这里，但你仍然在这里，因为你在乎。你想要完成它并做好工作，你有动力去做，因为它让你兴奋。
　　我确实相信工作与生活的平衡，但这种平衡不会在你的职业生涯中一直保持。有时工作占据了很大一部分，有时生活有点沉重，需要更多的注意力。但对我来说，目前工作与工作的平衡可能是非常正确的 。
　　回馈的传统
　　高中到大学期间，我在实验室做过暑期实习生。我有一个导师，他和我一起绘制出太阳系外的柯伊伯带——一种行星搜索。一天晚上，在进行夜间望远镜观测之前，我们去利弗莫尔市中心吃晚饭，吃完后，我试着付我那一半的钱。但他对我说:＂不，不，不，让我来。能够请比我年轻的人吃饭对我来说是一种荣幸，我希望你们也能继续这样做 。＂这真的，真的触动了我，这是我现在试图做的事情，通过传递它。
　　因此，每年夏天我都会辅导一名暑期学生，不仅让他们获得研究经验，还让他们了解在国家实验室工作的情况 ，帮助他们了解自己是否喜欢科学，以及这是否是他们的生活。即使他们讨厌它，这对他们来说也是一件很重要的事情。我告诉他们，我希望你们能从这次经历中学到，指导年轻学生和早期的职业科学家是非常重要的，我希望你们在职业生涯中也能这样做。
　　完整的循环
　　我还做了很多社区外展活动，因为我觉得传播我们所做的科学非常重要，希望能鼓励年轻的孩子们。但我这样做的部分原因是我自私，我喜欢这样做。能够吹嘘我们在NIF上所做的事情是很有趣的，但它也很有成就感和回报，也许能够影响年轻人的思想——有点像在他们心中播下一颗种子，科学真的很酷 。多年来，我参加了＂拓展你的视野＂(为年轻女孩举办的当地科学节)，并在社区里做了很多关于NIF的演讲。
　　当我还小的时候，我在加州的弗里蒙特长大，我父母会在周六带我去实验室听科学课我还记得有一次关于NIF的演讲。我当然不完全理解，但我觉得这很酷，现在我回到了原点。
　　给年轻科学家的建议
　　我告诉年轻的科学家——嘿，我还年轻——年轻的科学家或在校学生，科学很难。这很有挑战性。这是科学的基础。如果你喜欢它，就坚持下去。有时候你的成绩不是特别好，你在实验室里会失败，换一个不同的话题或专业似乎更容易。科学会不断地挑战你。如果没有，那就不是科学。坚持下去 。