文章来源：“中国激光杂志社”公众号

2年前的12月，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室传出好消息，人类在实用化可控核聚变的道路上又前进了一大步。此后，在激光聚变研究领域不断传出好消息：2023年7月30日，NIF采用2.05 MJ激光驱动能量，获得了3.88 MJ的氘氚聚变放能；2023年10月8日，NIF采用1.9 MJ激光驱动能量，获得了2.4 MJ的氘氚聚变放能；2023年10月30日，NIF采用2.2 MJ激光驱动能量，获得了3.4 MJ的氘氚聚变放能。

围绕激光聚变技术的进展，中国激光杂志社“海上有光”栏目邀请了中国科学院上海光学精密机械研究所朱健强研究员、上海师范大学沈百飞教授，并由北京大学张志刚教授主持，与中国激光杂志社英文部部长丁洁一起深入交流。

以下为文字实录（根据访谈内容有所删减）：

张志刚：本期主题是核聚变能否终极解决能源问题。请问各位平时开什么车？

朱健强：我开油车，但家里还有一辆电车。

沈百飞：我开的是电车，它能量转换效率高，且能解决城市污染问题。

朱健强：实际上最环保的是丁部长，因为她不开车。

丁洁：我开共享单车。

张志刚：光机所全称是上海光学精密机械研究所，自1964年成立以来就致力于激光研究。激光是耗能的，那激光聚变如何与能源挂钩？

激光聚变如何点火？

朱健强：从激光诞生起，科学家们就提出激光能否实现核聚变的问题。上海光机所成立之初就将激光聚变作为研究方向，持续至今。两年前美国实现的激光聚变点火是里程碑式的工作。但要实现商业聚变应用，还有很长的路要走。

沈百飞：激光聚变方案自激光发明后不久就被提出。在我国，王淦昌先生1964年提出用激光产生热核中子。现在终于看到激光点火方案可以成功。

张志刚：激光点火到底怎么点火？比如神光Ⅱ装置“神”到了什么程度？

朱健强：科学技术的进步，从0到1是科学，之后是技术。神光Ⅱ装置既有科学又有技术问题，我国在这方面在国际上有影响力。我们做了很多里程碑式的工作，如多通放大和自适应光学。

沈百飞：“点火”是物理概念，指聚变热斑上等离子体的温度、密度和约束时间三者的乘积达到一定值，使聚变反应持续燃烧。还有“增益”概念，即输出能量与输入能量之比。最近NIF已取得非常大进步。但从发电和能源角度来看，还有很长的路要走。

张志刚：您说的是能量的概念，若论峰值功率，所用脉冲的峰值功率如何？

朱健强：这不会影响电网，因为是储能的，靠电容器释放，总能量并不大，功率虽高，但能量不大。

沈百飞：激光聚变一般用纳秒激光，功率较高。以NIF为例，总共有192路纳秒激光一起点火，总功率达500个太瓦。但实际上，与皮秒或飞秒激光的功率相比还是不够的。这些激光功率靠电能储存到电容器里，然后在短时间释放。

张志刚：储能将电能储存到电容器里，但放完电后需重新存储，要花多长时间？

沈百飞：对于实验来说，朱老师这边的激光现在两个小时才打一发，所以不用担心对电网有影响。若真要发电，每秒需打5~6发，那需要总能量不小。

张志刚：那可以自己给自己供电。

沈百飞：对，它自身是一个发电厂。

朱健强：将来要做商业用发电有两个问题，一是要快充电、快放电，如每秒10次。二是激光器要高重复频率地工作，才能可持续发电。

沈百飞：激光聚变的历史曲折。2000年左右，美国已用小规模激光装置进行实验。当时估计扩大激光装置可实现点火，但计划激进。NIF 2009年建成，美国又制定点火攻关计划，希望三年实现点火，但2012年完全失败。很多人悲观失望，甚至考虑不再做聚变，但美国后来没放弃，继续向国会要钱运行装置。2013年初步有结果，坚定了信心，直到现在的成功，科学的坚持非常重要。

激光聚变的能量有多大？

张志刚：激光聚变的能量有多大？靶到底有多大？

沈百飞：有一个10米大的真空腔室，中间放置间接驱动靶，约一厘米尺寸。激光打在靶腔壁上产生X光，用X光做内爆。真正点火的靶丸只有一毫米大小，像一个冷冻的由氘氚组成的空心汤团。

张志刚：它的温度也特别低，比液氦还要低？

沈百飞：对，氢变成固体很难，所以温度很低。

朱健强：它有一个制冷机，冷冻靶瞬态打开。

沈百飞：要把这样的东西“灌”到空心汤团里不容易，且外面要磨得非常光滑，否则可能触发不稳定性因素。

张志刚：就这么一毫米的东西，能发出多少能量？

沈百飞：激光打进去差不多两个兆焦，若打得好，有100倍能量增益，就能产生200兆焦能量。比如说，靶丸点火只需几十千焦能量，但要把整个靶丸尽可能多的燃料烧起来，若有30%能量被燃烧，就非常好，可达100倍增益。

张志刚：虽然有100倍增益，但它就像火柴一样，瞬间就烧没了？

沈百飞：对，我们点一次也就是烧一个靶。若达100倍能量增益，也许可发电。若真正发电，要不断地点，如一秒点10次。这对激光器有非常高要求。

张志刚：这是个高难度动作。现在是两个小时一次？

朱健强：对，然后散热，做热平衡，再打下一发。

张志刚：所以不能实现持续地燃烧？

朱健强：主要要提高激光器的重复率，让它高重复率工作，同时送靶机构也要重复高效工作。从技术上来讲，现在大家也都在关注这个事。

丁洁：点火的温度不是要特别高吗，需要什么材料的容器才可以容纳这么高的温度？

沈百飞：其实容器容忍的上限不在于温度，而在于能量，即温度乘时间的乘积。做聚变点火实验时，外面的真空腔一般用钢或铝。虽然聚变产生的温度和太阳上的温度类似，但它以高能粒子或中子的形式扩散到板壁上，这些粒子总能量其实还不是很高，不会对板壁造成多大影响。

张志刚：如果没有一点影响的话，怎么烧水壶？

沈百飞：若真到使用聚变能源时，靶室壁也用钢材料，但里面会充满液锂。聚变产生的能量粒子打到锂上，把锂烧热，用锂来循环烧开水发电。中子打到锂上可同时产生氚，这样整个循环就可走起来。

激光聚变安全吗？

张志刚：接下来我们说说安全问题，公众非常恐“核”，咱们这个装置在上海嘉定，有没有辐射问题？

朱健强：我简要回答，我不太熟悉核防护问题。但我要用好装置，为大家提供保障。我们请最专业、最权威的人做好评估。我们实验室每个楼层都有辐射计量计，我们自己进去也都有测量，我认为是非常安全的环境状态。

沈百飞：要随着研究不断深入，不断评估核安全问题。一方面是激光本身的安全问题；另一方面，打靶的过程就是点火的过程，中子强度非常高，可认为是强核辐射。但打靶时一般都有东西防护，且中子很快就消失了。在实验室里，靶区旁边的人离开就行。这些中子或伽马射线会打到腔壁上，特别是铁之类的，会产生一些短寿命的核，也会慢慢衰减。也有少量长寿命的核要小心。因为激光聚变是脉冲式的，天然可中断，如果有问题，下一发就不会打。

朱健强：我们所有的系统，包括激光安全和核安全，一旦有故障全部停机，有安全连锁。安全问题是个大问题，要用最好的防护方法去防护。

丁洁：那我们在所里工作就放心了。

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