国立点火设施（NIF）

国立点火设施（NIF）是建在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的世界最大的激光设施。192 根激光束将 500 太瓦的能量集中在直径数毫米的靶上。

2022 年 12 月 5 日，NIF 首次在人类史上实现了控制核聚变的「科学点火」。对 2.05 MJ 的激光输入，生成 3.15 MJ 的核聚变能量。输出超过输入的历史性成果。

双重使命

NIF 的建设费 35 亿美元、年运营费约 3.5 亿美元主要由核武器管理计划支撑。冷战后，为了在地下核试验停止的情况下维持核武器的安全性，NIF 提供在实验规模重现热核反应的手段。同时推进惯性封闭核聚变（ICF）的能源研究。

惯性封闭的原理

在 ICF 中将燃料以每秒 350-400 km 的速度爆缩，利用其惯性封闭约 100 皮秒。在这极短的时间内完成核聚变反应，因此将燃料密度提高到固体的 1000 倍以上。NIF 采用「中心点火方式」，在中心部形成高温热点。从那里燃烧波向外侧传播。

激光系统

初期脉冲约放大 10 的 15 次方倍。掺钕磷酸玻璃（3072 张、总重量 78 吨）为放大介质。红外线（1053 nm）在 KDP 结晶中转换为紫外线（351 nm）照射到靶上。shot 间隔约 8 小时，激光玻璃的热管理是限制因素。

间接照射方式

激光不直接照射燃料胶囊，照射在称为「hohlraum」的金制圆筒（长约 10 mm、直径约 5 mm）的内壁。金等离子体放射软 X 线，均一的辐射场对称压缩燃料胶囊。虽然照射均一性优秀，但能量转换效率下降。

点火达成

2022 年 12 月的 shot 中，实现了热点温度 1.5 亿度（太阳中心的 10 倍）、压力 600 吉帕（太阳中心的 2 倍）。燃烧率约 4%。此后反复成功点火，2024 年 12 月实现了 2.20 MJ 输入 5.2 MJ 输出（增益 2.36）的新纪录。

面向发电堆的课题

现在的 NIF 1 天数个 shot，但发电站需要 5-10 Hz 的重复率。另外，驱动器的效率现状 0.5% 需要 10-15%。靶成本也需要从 1 个 10 万美元降低到 0.5 美元以下。这些是工学课题，原理证明已经完成。