美国激光核聚变再次取得重大进展，成功实现了核燃料胶囊3D打印突破，或奠定未来核聚变发电厂的基础。这一成果由劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）11月14日在官方通报中发布。
2022年底，利弗莫尔国家实验室宣布了一个震惊世界的突破，国家点火装置在人类历史上第一次实现了输出大于输入的核聚变点火！简单来说，就是在实验室里复制出了太阳内部的核聚变反应，而且产生的能量比投入的还要多。这就像是人类终于学会了如何在地球上点燃第一个迷你太阳！
你要知道，太阳之所以能持续发光发热几十亿年，就是靠着氢原子在超高温超高压下不断融合成氦原子，释放出巨大的能量。在地球上要实现这种反应有多难？这就像让两个相距1公里的人，各自扔出一粒沙子，让它们在中间精准地撞在一起。
世界上大多数核聚变实验都走的是托卡马克磁约束路线，利弗莫尔国家实验室单独走了一条激光惯性约束路线，也就是用192道世界上最强大的激光，从四面八方射向中间半径约1毫米的燃料小球，使之向内爆炸产生高温高压，点燃核聚变。原理上就是你握住一个球使劲捏，只要速度够快力道够狠，就能让里面的原子核克服静电排斥力，让强核力发挥作用，使它们融合在一起形成新的元素，并释放出巨大的能量。
但是呢，这个小球极为关键，想想你捏这个球，如果力道不均匀，或者小球不够光滑，就会导致内爆不均匀，燃料向一边挤去，从而无法实现核聚变。这个小球需要有多光滑呢？假如把它放大到地球大小，表面的瑕疵都不能超过好莱坞标志的高度。也就是说，你要是个完美媳妇吧，就算你的婆婆再挑剔，也没法挑出你的任何毛病。
在利弗莫尔实现突破之后，美国能源部已依托国家实验室、大学和行业伙伴，打造了三个激光聚变能研究中心，全面发力激光核聚变。而首要的问题就是，现在制造一个完美的燃料球需要好几个月，而未来的核聚变发电厂每秒要点燃10个，每天需要近100万个。
这就像要求你妈每天包100万个一模一样的饺子，每个饺子放大到地球大小，每条褶子的差异不能超过一辆车的高度——你老妈可能只有扔擀面棒了。
利弗莫尔的研究人员想到了一个看似疯狂的主意：用3D打印。他们发明了一种叫"双波长双光子聚合"的超级打印技术。这名字听着很吓人，但原理其实很简单，就是用两种不同的光，以亚微米级的精度精确打印不同的材料，比头发丝还细几百倍。这么说吧，如果普通3D打印机是用记号笔画画，这台机器就是用显微镜下的纳米笔尖作画。
而且这项技术还能定制燃料球内部的泡沫结构，让氘氚燃料能均匀地分布。你可能觉得这是完全不可能实现的事，但这种3D打印燃料球他们已经制造出来了，并且2024年已在国家点火装置上完成了两次成功的聚变实验！
当然，制造出燃料球是一回事，实现核聚变点火又是一回事，能不能实现核聚变发电更是另外一码事了。你只需要想想国家点火装置目前实现的，只是燃料胶囊处的输出大于输入核聚变，而一次试验耗费的整个能量是这个能量的上百倍，并且一两个月才能完成一次试验。
而要实现核聚变发电，需要一秒钟就点燃10个燃料球，和机枪扫射的速度差不多，这占地3个足球场的庞大装置，如何才能像机枪一样突突突，一秒点燃10个“人造小太阳”，怕还得绞尽千百科学家的脑汁，干秃万千工程人员的脑瓜皮吧，最后能不能成功还是一个未知数。
人类文明的每一次飞跃，都来自于能源的突破：从钻木取火，到用煤炭驱动蒸汽机，3D打印胶囊的成功，让人造太阳离我们又近了一大步。
参考文献：
1. LLNL. (2022). Fusion Ignition Achievement Report
2. LLNL Research Team. (2024). LLNL Researchers Explore Next-Gen 3D Printing to Harness Fusion Energy
