美國核聚變取得重大進展！3D打印“人造太陽”膠囊成功
美國激光核聚變再次取得重大進展，成功實現了核燃料膠囊3D打印突破，或奠定未來核聚變發電廠的基礎。這一成果由勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）11月14日在官方通報中發佈。
2022年底，利弗莫爾國家實驗室宣佈了一個震驚世界的突破，國家點火裝置在人類歷史上第一次實現了輸出大於輸入的核聚變點火！簡單來說，就是在實驗室裏複製出了太陽內部的核聚變反應，而且產生的能量比投入的還要多。這就像是人類終於學會了如何在地球上點燃第一個迷你太陽！
你要知道，太陽之所以能持續發光發熱幾十億年，就是靠着氫原子在超高溫超高壓下不斷融合成氦原子，釋放出巨大的能量。在地球上要實現這種反應有多難？這就像讓兩個相距1公里的人，各自扔出一粒沙子，讓它們在中間精準地撞在一起。
世界上大多數核聚變實驗都走的是託卡馬克磁約束路線，利弗莫爾國家實驗室單獨走了一條激光慣性約束路線，也就是用192道世界上最強大的激光，從四面八方射向中間半徑約1毫米的燃料小球，使之向內爆炸產生高溫高壓，點燃核聚變。原理上就是你握住一個球使勁捏，只要速度夠快力道夠狠，就能讓裏面的原子核克服靜電排斥力，讓強核力發揮作用，使它們融合在一起形成新的元素，並釋放出巨大的能量。
但是呢，這個小球極爲關鍵，想想你捏這個球，如果力道不均勻，或者小球不夠光滑，就會導致內爆不均勻，燃料向一邊擠去，從而無法實現核聚變。這個小球需要有多光滑呢？假如把它放大到地球大小，表面的瑕疵都不能超過好萊塢標誌的高度。也就是說，你要是個完美媳婦吧，就算你的婆婆再挑剔，也沒法挑出你的任何毛病。
在利弗莫爾實現突破之後，美國能源部已依託國家實驗室、大學和行業夥伴，打造了三個激光聚變能研究中心，全面發力激光核聚變。而首要的問題就是，現在製造一個完美的燃料球需要好幾個月，而未來的核聚變發電廠每秒要點燃10個，每天需要近100萬個。
這就像要求你媽每天包100萬個一模一樣的餃子，每個餃子放大到地球大小，每條褶子的差異不能超過一輛車的高度——你老媽可能只有扔擀麪棒了。
利弗莫爾的研究人員想到了一個看似瘋狂的主意：用3D打印。他們發明了一種叫"雙波長雙光子聚合"的超級打印技術。這名字聽着很嚇人，但原理其實很簡單，就是用兩種不同的光，以亞微米級的精度精確打印不同的材料，比頭髮絲還細幾百倍。這麼說吧，如果普通3D打印機是用記號筆畫畫，這臺機器就是用顯微鏡下的納米筆尖作畫。
而且這項技術還能定製燃料球內部的泡沫結構，讓氘氚燃料能均勻地分佈。你可能覺得這是完全不可能實現的事，但這種3D打印燃料球他們已經制造出來了，並且2024年已在國家點火裝置上完成了兩次成功的聚變實驗！
當然，製造出燃料球是一回事，實現核聚變點火又是一回事，能不能實現核聚變發電更是另外一碼事了。你只需要想想國家點火裝置目前實現的，只是燃料膠囊處的輸出大於輸入核聚變，而一次試驗耗費的整個能量是這個能量的上百倍，並且一兩個月才能完成一次試驗。
而要實現核聚變發電，需要一秒鐘就點燃10個燃料球，和機槍掃射的速度差不多，這佔地3個足球場的龐大裝置，如何才能像機槍一樣突突突，一秒點燃10個“人造小太陽”，怕還得絞盡千百科學家的腦汁，幹禿萬千工程人員的腦瓜皮吧，最後能不能成功還是一個未知數。
人類文明的每一次飛躍，都來自於能源的突破：從鑽木取火，到用煤炭驅動蒸汽機，3D打印膠囊的成功，讓人造太陽離我們又近了一大步。
參考文獻：
1. LLNL. (2022). Fusion Ignition Achievement Report
2. LLNL Research Team. (2024). LLNL Researchers Explore Next-Gen 3D Printing to Harness Fusion Energy
