但是，从核聚变初创企业到英国原子能管理局(UKAEA)， Windridge——以及几乎所有与你交谈过的人——都对未来的漫漫长路不抱幻想。
证明科学是一回事，建立一个高效、经济的发电厂来保证电力供应是另一回事。这是1903年莱特兄弟飞机和波音747之间的区别。
温德里奇说:“我们正在地球上制造恒星条件，这真的很困难。”温德里奇从事核聚变研究已有20年，并经营着聚变能源洞察公司。“明天我们将没有发电厂。但我们正在从科学挑战转向工程挑战。”
没有痛苦，就没有净能量增益
为了利用聚变能，科学家们必须在实验室里复制恒星的能量。它们不是像裂变那样分裂原子，而是将原子粉碎在一起。
他们主要是通过使用被称为托卡马克的磁性机器来做到这一点，托卡马克可以产生并维持过热的等离子体(模仿太阳)。一直以来的问题是，它需要大量的能量来产生更少的能量。
去年12月，科学家们有史以来第一次颠覆了这个等式。他们使用激光而不是磁铁将原子压缩在一起，产生的能量比启动核反应所需的能量还要多。
加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的核点火装置(NIF)的科学家们利用近200个激光器，瞄准了一个胡椒大小的燃料颗粒，实现了所谓的点火。这一时刻只持续了几分之一秒，能量增益不大(输入2兆焦耳，输出3兆焦耳)，而且计算没有考虑为世界上最大的激光器提供动力所需的电力。但科学奏效了，这才是最重要的。
NIF将靶丸放在一个腔内，激光束从两端进入
点火过程很复杂，但本质上，激光击中了一个目标胶囊，里面有一个微小的氢燃料球。这在胶囊内产生了x射线，从而压缩了颗粒。结果产生了大量高能中子粒子，它们可以用来加热水、产生蒸汽、旋转涡轮机和为Netflix狂看剧集提供动力。
牛津大学物理学教授Gianluca Gregori解释说:“这非常重要，因为直到现在，我们还不知道这些模型是否完全正确。”“我们现在清楚地知道我们需要多少能量才能获得净能量增益。”
Gregori在实现点火的实验室工作，他说这个结果消除了关于这个过程展开方式的理论不确定性。
召唤所有解谜者
未来的工程挑战并不缺乏。英国原子能机构(UKAEA)的工程主管马克·香农(Mark Shannon)在机械工程师学会的核电委员会工作了10多年，他说，是时候兴奋起来了，但也要现实一些。万博manbetx网址
“这是旅程中非常积极的一步，”香农说。“就像所有新技术一样，有一条通往更高效、净产量更高的发电厂的道路。”香农、温德里奇和格雷戈里对这条道路上分散的一些或大或小的主要障碍达成了一致。
激光功能
NIF科学家使用的激光器已经过时了。
“激光技术可以追溯到20世纪80年代，”格雷戈里说。“激光已经进化了。工程师们需要继续致力于制造耗电量更少、发光效率更高的激光器。”
格雷戈里解释说，每次激光发射最终需要产生的能量可能是输入能量的100倍。据报道，NIF必须从电网中提取300兆焦耳的能量来进行实验。
温德里奇说，另一个主要挑战是提高激光发射的速度。在NIF实验中，激光只发射了一次。在未来的发电厂，它们将每秒发射五次或更多次。这将在电厂发电的每一秒发生，年复一年。
“这是一个很大的进步，”Windridge说。“但重复率已经更好了，而且新的激光技术(依赖于被称为二极管的电子设备)在传递能量方面效率要高得多。”
加油
无论使用磁铁还是激光，聚变能都需要燃料。这些燃料包括氘和氚。Windridge说，氚不是自然存在的，而且半衰期相对较短。
“如果你想有足够的氚，你必须在你的机器中制造它。这需要锂。关于如何在聚变反应堆中发挥作用，有很多想法，但这是一个技术挑战。”
香农说，解决方案可能包括在未来的反应堆中培育毛毯。这将允许运营商收集足够的氚，为未来的运营提供燃料。
聪明的胶囊
格里高里说，NIF实验中使用的圆柱形胶囊(用来容纳燃料颗粒)比铅笔橡皮还小，必须经过精心设计和完美制造。
每个目标的成本都是巨大的。我们需要数以百万计的人。所以，问题是，我们如何使它们更便宜?或者也许有一种全新的方法可以做到这一点，而不必一直投放目标?”
世界各地的公司都试图从不同的角度来解决这个问题。一些人正在努力消除将激光转化为x射线的方法，即所谓的“直接驱动”方法。其他人正在探索使用射弹代替激光来内爆燃料颗粒。其他公司仍在将技术融入混合模式。
但如果未来的发电厂真的使用胶囊，其机制将令人费解。香农说:“你一秒钟压缩五个或更多的小球，精确地发射它们，当它们穿过机器时，激光利用飞秒精度来击中它们，把它们排成一行。”
材料问题
当涉及到材料时，工程师们将不得不做出权衡。
中子粒子充满能量，这是有用的，但它们也可能具有破坏性。托卡马克的建造者不得不仔细挑选用来屏蔽磁铁等部件的材料。托卡马克的空间是非常宝贵的，所以屏蔽需要合适的尺寸，有效和经济。
Windridge说，在任何正在建造的聚变反应堆或发电站中，材料都将是一个关键因素。这将归结为取得正确的平衡。
虽然核聚变能源承诺零燃料浪费，但会有组件浪费，所以使用合适的材料也会有环境方面的考虑。
接入电网
最简单的方法是老方法，Windridge说，指的是将中子的能量转化为电能。第一批投入使用的聚变反应堆很可能使用蒸汽涡轮机向电网输送电力。但是，Windridge说，研究人员正在研究如何简化或改变这一过程，以减少过程中的能量损失。
香农说，这可能包括不同的热力学循环，使用氦或不同种类的冷却剂。
去市场
政府机构和私营公司正在应对这些挑战，但该领域对创新是开放的。
英国原子能机构的重点主要放在托卡马克上，但香农说，该机构正在与一家加拿大核聚变公司合作，该公司正在开发一种混合装置，既使用压缩又使用磁约束。
他说:“我们将在三年内把这台机器放在我们的网站上。”“我们非常支持创新和混合解决方案。”
Windridge说，有几十家核聚变公司在庆祝NIF的突破。她希望这一能源净收益记录不仅会激励行业参与者加快发展，而且还会导致更多的研究投资。
“物理定律并不能阻止我们从核聚变中获得无限的清洁能源，”格雷戈里在博客中写道。“这是技术和经济上的问题。”
创造一个更美好的世界
温德里奇说，去年12月创下的新纪录不太可能让怀疑论者闭嘴。障碍重重，令人望而生畏。但核聚变能对地球的影响，加上声音物理学，意味着未来几十年将会有更多的突破。
“我们已经到了最后阶段，”她说。“这并不容易。但对于工程师来说，挑战会带来充实的职业生涯。这就是为什么这些问题没有全部解决是件好事。”
核聚变能源不会通过排放来加热地球，也不会产生核裂变发电厂产生的有毒废物。它不像石油或天然气那样依赖地下储备，因此它可以改变地缘政治格局。它还提供稳定的电力供应，不依赖于自然条件。
NIF研究人员已经开发出一种方法来减轻光学激光损伤使用激光烧蚀损伤部位
香农说，供应安全是任何能源解决方案的关键因素。和其他人一样，他认为核聚变能源是更广泛的能源组合的一部分，包括风能和太阳能等可再生能源。
“基础知识对于从事核聚变研究的工程师来说非常重要，”香农解释说。“这不是要完善成熟的设计，而是要创造新的设计。你需要适应不确定性的生活。”
不确定性和极端。托卡马克加热等离子体，使其温度高于太阳核心，而在半米外，低温泵的温度为-270摄氏度。
格雷戈里希望最新的进展将成为获得更多资金的催化剂。
“有很多令人兴奋的事情，”他说。“这是第一次有一种感觉，也许核聚变不会在50年后发生。我们现在需要的是聪明的想法。”
阅读更多:“这是一个分水岭”:核聚变能源公司欢迎NIF的突破
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