中银国际首次核聚变净能量增益点评：商业核聚变的道路仍漫长艰险

智通财经APP获悉，中银国际发布研究报告称，昨日(12月13日)美国LLNL宣布其国家点火装置(NIF)在12月5日的实验中首次实现在可控核聚变中的净能量增益。该行认为，通往商业核聚变的道路仍然漫长艰险，但NIF的净增益里程碑应能吸引更多的政府和民间投资于聚变研发，以期再次重塑全球能源格局。

中银国际主要观点如下：

聚变基础

聚变指两个原子核在碰撞过程中克服库伦势垒产生新的原子核和其它粒子的过程，产生巨大的能量。为了将聚变用于民用发电，发明了数十种聚变装置，根据其等离子体约束方式大致分为三类：1)惯性约束ICF，NIF采用的激光方式即属于此类;2)磁约束MCF，如托卡马克装置等;3)磁惯性约束MIF，为前两者的结合。对于聚变能发展来说，输出能量大于输入能量是重要的里程碑，称为净增益，记为Q>1。

NIF的净增益实验

根据LLNL的公告，在12月5日的实验中向标靶输入了2.05兆焦能量，获得了3.15兆焦的输出，即实现了Qsci=1.54，首次在可控条件下实现了Q>1。考虑到容器内部的能量损失，该行测算靶丸里的能量增值达到12倍以上。这一里程碑也再次确认了聚变点火的劳森判据，有助于在可控条件下进一步探索点火条件后的等离子物理。从现实的角度来说，也将有助于推进核武器及各种路线核聚变发电的发展。

同时，也需要注意此次净能量增益指的仅是实验的最后一步。根据《物理世界》报导，NIF发生激光并增强、送至标靶的过程中的能量效率可能只有1%，而通常的汽轮机发电效率约为40%。即使激光效率提高到10%，采用类似NIF的非直接点火方式的商用ICF所需要的Q值可能需高于100。而ICF商用本身也面临设计复杂、难以稳定连续实现轰击、单次聚变持续时间短、标靶制备困难、激光和光学系统成本高等挑战。

本质上来说，NIF的开发是为了服务美国的核威慑战略。1996年通过了全面禁止核武器实验条约，而核聚变点火不涉及爆炸，却能通过模拟氢弹爆炸环境增强核威慑能力。此外，NIF的开发过程本身也带动了激光、光学材料和等离子物理等的发展。

托卡马克仍是最有希望的聚变发电路线

作为磁约束聚变装置，托卡马克更能够在较长时间内维持等离子体聚变。近年来随着高温超导磁体和第一壁材料等的突破，小型化、有经济性的托卡马克装置逐渐成为可能。开发中的托卡马克装置也被普遍认为有望实现净增益，其中ITER和CFS的SPARC处于领跑位置。商用托卡马克的主要障碍之一在于氚的供应。而替代燃料如氦-3仅在月球上大量存在，且氘氦聚变要求的三重积也远高于氘氚聚变。