更新时间：2024-05-06 07:37
国家点火装置是美国科学家研制的、世界最大的激光约束聚变装置。由美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室研制。可把200万焦的能量通过192条激光束聚焦到一个很小的点上，从而产生类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。在此基础上，可以实施此前在地球上无法实施的许多试验。该计划1997年开工，2009年正式落成，其最终目标是点火实现自持聚变反应。
国家点火装置（NIF）位于加州，投资约合24亿英镑，占地约一个足球场大小，1997年工程正式开始建设。“国家点火装置”产生的激光能量将是罗切斯特大学激光器的60倍，成为世界最大激光器。科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力，用以创造核聚变反应。
这个被称为“人造太阳”的装置能产生类似恒星内核温度和压力，使美国在无需核试的情况下保持核威慑力。不仅如此，该装置还能帮助研制不受《全面禁止核试验条约》限制的新型氢弹。国家点火装置（NIF），其有能力产生类似恒星内核的热与力。尽管设计初衷是用来模拟核爆，属于美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分，但该装置自落成起就让世人广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。
国家点火装置建设和试运转完成后，2010年将开始进行正式点火实验。调试工作包括进行一系列优化和测试实验，以获取点火实验所必需的关键激光参数和点火靶参数。这些调试工作将在第一次点火打靶前完成。点火实验对靶工作性能的要求主要体现在：力能学性能、对称性，激波时序以及靶丸流体动力学。作为国家点火攻关项目的一部分，有关上述关键环节调试工作的详细计划和理论模拟工作目前正在进行。调试和诊断方法的研究正在现有的若干装置上进行。其中包括美国罗切斯特大学激光能学实验室的OMEGA激光装置，桑迪亚国家实验室的Z装置和洛斯阿拉莫斯国家实验室Trident激光装置。正在开展的制靶工作由美国通用原子公司（General Atomics），劳伦斯里弗莫尔国家实验室和洛斯·阿拉莫斯实验室负责。
2009年5月29日，国家点火装置在美国加州北部举行落成典礼。据报道，包括美国加州州长阿诺德·施瓦辛格、联邦能源部长朱棣文及多位顶尖科学家出席了落成仪式。阿诺发表讲话称，这个激光系统的落成，是加州和美国的伟大成就，它可能使美国的能源结构发生革命性变化，因它将教晓人们驾驭类似太阳能的能量，使其转变成驾驶汽车和家庭生活所需的能源。
劳伦斯·利弗莫尔实验室的新闻公报指出，这个激光聚变装置名为“国家点火装置”（NIF），由美国能源部属下的国家核安全管理局投资，1997年开始建造，共耗资约35亿美元（约合239亿元人民币）。
据悉，NIF可以把200万焦耳的能量，通过192条激光束聚焦到一个2毫米大的冷冻氢气球上，从而产生高达摄氏1亿度的热力，类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。在此基础上，科学家可进行之前在地球上无法进行的许多试验。
先将外部激光增强10000倍，然后将一束激光分离为48束激光，再增强，进一步分离为192束激光，其总能量增加到原来能量的3000万亿倍，再聚焦到直径为3毫米的氘氚小丸上，产生1亿度的高温，压力超过1000亿个大气压，进而引发核聚变。每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的脉冲紫外光——这些能量的瞬时功率是美国所有电站产生的电能的瞬时功率的500倍还多。当这些脉冲撞击到目标反应室上，它们将产生X光。这些X光会击中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。X光将把燃料加热到一亿度，并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15倍还多。这是因为激光在镜面之间来回反射，并通过3000块磷酸盐玻璃，其中的钛原子会使激光束扩大。利弗莫尔有850名科学家和工程师。另外大约有100名物理学家在那里设计实验。NIF的问题是它的激光每几小时只能发射一次。Mercury激光的方案已经在计划中。它不一定比NIF更大，它的目标是每秒钟发射10次脉冲。
1．支持核武器库存管理计划；
2．进行聚变能研究；
3．进行基础科学研究。
1．对核爆模拟的建模和模拟程序进行验证，并进行核武库的评估和认证，确保在禁试条件下核武器的安全性和可靠性；
2．保持核武器科学家的技能，并吸引和培养核武器科学人才；
3．解决聚变能物理的问题，为未来的能源决策提供依据；
4．扩展基础科学研究领域。国家点火装置的建成将给美国的核武器研究和国防工业带来深远的影响。
激光核聚变除了可生产取之不尽的清洁能源外，在军事上还可用于发展新型核武，特别是研制新型氢弹，成为战争新“杀手”。早在20世纪50年代，氢弹便已研制成功并投入服役。但氢弹均是以原子弹作为点火装置。原子弹爆炸会产生大量放射性物质，所以这类氢弹被称为“不干净的氢弹”。
采用激光作为点火源后，氢弹爆炸就不会产生放射性裂变物，所以，人们称利用激光核聚变方法制造的氢弹为“干净的氢弹”。传统的氢弹属于第2代核武，而“干净氢弹”则属于第4代核武器，不受《全面禁止核试验条约》的限制。由于不会产生剩余核辐射，因此可作为“常规武器”使用。
第一个任务是让科学家用它模拟核爆炸，研究核武器的性能情况，这也是美国建设国家点火装置的初衷，即作为美国核武器储备管理计划的一部分，保证美国在无需核试验的情况下保持核威慑力。
第二个任务是使科学家进一步了解宇宙的秘密。科学家可使用国家点火装置模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境，进行科学试验。这些试验大部分不会保密，将为科学界提供大量此前无法获取的数据。
第三个任务是保证美国的能源安全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应，最终用来生产可持续的清洁能源。公报说：“国家点火装置所产生的能量远大于启动它所需要的能量，这是半个多世纪以来核聚变研究人员一直梦寐以求的‘能量增益’目标。如能取得成功，将是有历史意义的科学突破。”
美法日争研“人造太阳”
美国仍居世界领先地位，不仅拥有世界上最大的“诺瓦”激光器、世界上功率最大的“X射线仿真器”，还有目前刚刚落成的NIF。
法国激光核聚变研究以军事化为主要目标，确保法国TN－75和TN－81核弹头能处于良好状态。早在1996年，法国原子能委员会便与美国合作进行一项庞大的“兆焦激光计划”，预计2010年前完成，经费预算达17亿美元(约132亿港元)。
日本1998年，日本成功研制核聚变反应堆上部螺旋线圈装置和高达15米的复杂真空头，标志日本已突破建造大型核聚变实验反应堆的技术难点。
NIF诞生加速核武发展
负责NIF的科学家指出，NIF所创造的核聚变能提供大量能源，而产生的辐射废料则少于传统核反应堆。但有科学家指这装置无法解决能源问题，只是浪费纳税人金钱。
除此之外，劳伦斯利物摩尔国家实验室当天举行的庆典活动还遭到反对组织的抗议。一个名为“三谷社区反对放射性环境”的组织发表声明表示，国家点火装置耗费巨资，比原计划延迟9年完工，人们忽略了这个激光器的诞生是为了加速核武器的发展，并会训练年轻物理学家研发新一代核武。
NIF释出能量超过燃料吸收能量
惯性约束核聚变是一种产生核聚变能量的方法，其操作原理是把燃料芯块的温度提高，从而引发内爆和燃料压缩。实现受控核聚变条件比较苛刻，输出能量大于输入能量要求密度和约束时间的乘积达到一定要求。
而美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室拥有的世界最大激光器——被称为“人造太阳”的美国国家点火装置（NIF），其有能力产生类似恒星内核的热与力。尽管设计初衷是用来模拟核爆，属于美国“无爆炸核试验”不可或缺的部分，但该装置自落成起就让世人广泛注意到它更具魅力的一点——实现核能发电。人类能于实验室中获得“取之不尽用之不竭”核聚变能源，这在以前是想都不敢想的事。
相比世界范围其他类似计划，NIF 主打的卖点在于其计划成为“第一个突破平衡点”的设施。这个突破平衡点，即指产生的能量大于启动它所需要的能量，也是所谓“能量增益”。这是半个多世纪以来核聚变工作者梦寐以求的目标。
此次通过国家点火装置，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的奥马尔·哈瑞肯教授及其科研团队在惯性约束聚变中成功克服障碍，实现了“燃料增益”。在实验中，他们使用 192 支激光，替一颗燃料芯块进行加热和压缩直至核聚变反应发生。研究结果表明，核聚变反应产生的能量，大约是以前纪录的 10 倍。
激光束首次达到2兆焦
据《自然》杂志网站及美国物理学家组织网2012年3月22日（北京时间）消息称，世界最大激光器、被称为“人造太阳”的美国国家点火装置（NIF）近日所发射出的激光在经过最后一个聚焦透镜后，达到了2.03兆焦，在一举打破纪录的同时，也成为世界上首个2兆焦能量的紫外激光 ， 其 最 终 投 向 靶 室 的192束 激 光 束 射 出 了1.875兆 焦（MJ）的能量。尽管超过了其1.8兆焦的设计能力，但激光系统并未有多余的损坏。
2010年10月，NIF完成了其首次综合点火实验，激光系统向低温靶室发射了1兆焦激光能量，这已经是当时世界第二大的罗切斯特大学激光实验能量的30倍之多。而近日，其再次打破了自己的纪录。据NIF主任埃德·摩西介绍，2.03兆焦的激光在经过光学损耗后，射于靶室正中心的为1.875兆焦，激光部件的损坏小于模型测试，且激光器在36小时之后又可以再次发射出创纪录的一击。不过，本次实验只为证明性测试，目标靶室是空的，但究其意义仍不失为聚变能源探索之路上的一座里程碑。