半个多世纪以来，世界各地的研究人员一直致力于在实验室中实现核聚变点火的尝试。这是在21世纪所面临的一个巨大挑战。一种被称为惯性约束核聚变(ICF)的方法--通过利用激光使燃料颗粒内爆来寻求点火--一直是麻省理工学院等离子体科学和聚变中心的高能密度物理(HEDP)小组的研究重点。
这个小组，包括9名MIT的前任和现任学生对2021年进行的历史性ICF点火实验至关重要。结果在今年那次成功的周年纪念日发表。
2021年8月8日，为了寻求产生重要的聚变能量，劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)的国家点火设施(NIF)的科学家们使用192道激光束照亮了一个小小的金圆柱体的内部，该圆柱体包裹着一个充满氘氚燃料的球形胶囊。尽管研究人员以前曾多次使用不同的参数来遵循这一过程，但这次随之而来的内爆产生了1.37兆焦耳的历史性核聚变产量，这是由一套中子诊断法测量的。其中包括MIT开发和分析的磁反冲光谱仪(MRS)。这一结果于8月8日发表在《Physical Review Letters》上，其明确指出了第一个受控核聚变实验实现点火。
据了解，当内部聚变加热功率高到足以克服冷却聚变等离子体的物理过程时，等离子体就会被点燃，并形成一个正的热力学反馈回路进而非常迅速地提高等离子体温度。这受Lawson标准的制约，该标准以John D. Lawson命名，他在1955年的一篇机密论文中提出了这一概念。在ICF的情况下，点火是一种状态，聚变等离子体可以启动“燃料燃烧传播”，以进入周围致密和寒冷的燃料并使高聚变能量获得的可能性。
HEDP部门负责人Johan Frenje说道：“这一历史性的结果当然表明，点火阈值是一个真实的概念，具有良好的理论计算预测，并且聚变等离子体可以在实验室中被点燃。”
通过提供和使用由MIT博士生和工作人员实施的十几种诊断方法--对评估内爆的性能至关重要，HEDP部门十多年来为NIF的点火计划的成功做出了贡献。这篇论文的数百名合著者证明了这一里程碑式的合作努力。据悉，MIT的贡献者包括学生合著者。
“学生们负责实施和使用一个诊断器以获得对NIF的ICF项目很重要的数据。负责在NIF运行一个诊断器使他们能够积极参与科学对话从而直接接触到最前沿的科学，”Frenje说道。
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