惯性约束核聚变

惯性约束核聚变（ICF）是一种通过激光或粒子束快速压缩和加热燃料球，利用燃料自身的惯性来确保核聚变反应时间的方式。

基本原理

磁约束是低密度长时间约束，而ICF采取超高密度极短时间约束的策略。通过压缩至固体密度的1000倍以上，即使在约100皮秒的极短时间内也能实现充分的核聚变反应。

在ICF中，面密度是重要参数。点火需要约0.3 g/cm²以上的面密度，这是阿尔法粒子在燃料中沉积能量所需的条件。

ICF的过程可分为4个阶段。(1)烧蚀：激光照射使表面物质等离子体化并喷出、(2)火箭效应：喷出的反作用力使燃料向内加速、(3)爆缩：燃料向中心收缩，密度上升、(4)点火与燃烧传播：中心形成热点，核聚变开始。

直接照射是将激光直接照射在燃料上的方式，能量耦合效率高（10-15%），但对照射均匀性要求严格。间接照射是在空腔（金属容器）内转换为X射线后再压缩燃料的方式，均匀性良好但效率低（1-5%）。

NIF（美国）是世界最大的设施，192束激光最大输出2.2 MJ。LMJ（法国）、OMEGA（美国）、激光XII号（日本）等也是重要的研究基地。

2022年12月，NIF实现了人类史上首次核聚变点火。相对于2.05 MJ的激光输入，获得了3.15 MJ的核聚变输出（Q=1.54）。此后多次成功点火，2024年实现了5.2 MJ以上的输出。

点火实现是历史性成果，但实现发电堆仍有很多课题。靶丸增益需要从目前的1.5提高到50-100，驱动器效率需要从1%提高到10-20%，重复频率需要从每天数次飞跃到每秒10次以上。靶丸制造成本也需要从数万美元大幅降低到数十美分。