Fusion "Breakthrough" at NIF? Uh, Not Really …
http://news.sciencemag.org/physics/2013/10/fusion-breakthrough-nif-uh-not-really-%E2%80%A6
10 October 2013
美國聯邦政府關門大吉後，有個意料之外的效應：在政府實驗室找不到有用的新聞官，對某些令人困惑、在網路上引發戰火的報導提供真實性檢查。當 BBC 新聞網站的某篇報導開始星火燎原時，他們這週就能派上用場。那篇報導說，加州 LLNL 的 National Ignition Facility (NIF) 通過了「核融合反應的里程碑」。NIF 以世上能量最強的雷射系統，使包含某種氫燃料形態的微小珠子因極大的溫度與壓力而粉碎。目標是讓氫原子核融合成氦原子，同時釋出能量。
BBC 的報導說，在上個月的某次實驗期間，"透過核融合反應所釋出的總能量超過由燃料所吸收的總能量 -- 這是在世上所有的核融合設施中，第一次辦到。" 這促使一堆更加熱情奔放的頭條宣稱「核融合大突破」。在正常情況下 NIF 的新聞官會告訴記者，所訊問的實驗顯然有重要的進展，不過那不是眾所期盼的大突破。
一份來自 NIF 主任 Ed Moses 的備忘錄（那已被 Science 期刊瞧見）在 9/29 送抵合作實驗室，敘述有一起核融合發射（fusion shot）發生在 9/28 的上午 5:15。它產生 5 x 10^15 個中子，比先前所有的發射多出 75%。中子是核融合反應的產物，所以它們被當成一種是否成功的測量方法。
對核融合實驗來說，NIF 將 192 道雷射光束自四面八方導向此核融合標靶，在一次脈衝發射中，包含 1.8 MJ 的能量。標靶的外部是一層大小如鉛筆橡皮擦頭這麼大的薄薄金屬，稱為空腔（hohlraum），其中央安置一個大小比胡椒粒還小、包含核融合燃料的塑膠球。核融合燃料是一種氫同位素氘與氚的混合物，稱為 DT。紫外光雷射透過二端孔洞射入 hohlraum 中，不過沒有直接射到燃料膠囊上，而是打中 hohlraum 的內壁，並將之加熱到發出強烈的 X 光束。X 光導致膠囊爆炸，驅使燃料向內朝中心前進。
如果所有東西都按照計畫進行，燃料 -- 被壓縮到密度為鉛的 100 倍 -- 將「點燃」核融合反應，不過這種由雷射驅動的內爆（implosion）不足以提供足夠能量燒光所有 DT 燃料。某些來自核融合反應的能量需用來維持燃燒。DT 核融合反應製造二種產物：氦原子核（即α粒子），以動能形態攜帶 20% 的反應能量；以及中子，那攜帶其餘能量。為了要使核融合能成為一種能源，α粒子必須要有效地加熱燃料以維持反應進行。
為了辦到這件事，NIF 研究者以雷射脈衝的「形狀」來進行實驗，使其一開始就能夠傳遞更多能量。在 9/29 備忘錄中，Moses 表示，這些改良使α粒子加熱有了成倍的能量產出 -- "一個達到「點燃」所需之機制的明確示範，" 他寫到。「點燃」是達到一種自給自足、α加熱的核融合燃燒的目標，產生比雷射輸入還要更多的能量。Moses 亦表示，能量產出（由中子所攜帶，據估計達到 14 KJ）比所吸收、用以使膠囊內破（implode）的 X 光能量還要多，一個他稱之為「科學上的損益平衡」的里程碑。
"那是一個好實驗，" Michael Campbell 說，NIF 的前主任，他現在任職於維州的 Logos Technologies。"從科學的觀點來看，標靶運作良好，足以讓α粒子加熱某些燃料。" 在核融合成為一種能源之前的漫長過程中，Campbell 對於過於誇大每一階段感到有所顧慮。上個月實驗中的能量產出離「點燃」仍有好大一段距離，這個目標 -- 銘刻在 NIF 的名稱中 -- 是該單位在一年之前就預期要達到的目標。NIF 目前位於三年計畫的中期，得要明確表態為何它正奮力朝此目標邁進。"那現在是一個科學計畫。他們正試圖確認某些障礙以獲得「點燃」，" Campbell 說。
我們對於「點燃」的需求是，能量輸出應超過來自雷射的輸入，換言之，增益（gain，輸出除以輸入）應大於 1。 NIF 的 1.8 MJ 雷射輸入相當於一輛 2 公噸卡車以 160 km/h 速度行使的動能。反應輸出 -- 14KJ -- 相當於一顆棒球在那輛卡車一半速度下飛行時所具有的動能。從數字上來說，增益為 0.0077。這個實驗 "為良好且必要的一步，不過離你能提供能量給人使用還有很長一段距離要走，" Campbell 說。
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