2025年12月1日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）正式公布，今年10月1日美国国家点火装置（NIF）成功开展了一项核生存能力实验。值得一提的是这也是NIF进行的第十次点火实验，该实验聚焦美国核武器在遭遇敌方导弹防御系统时的生存与打击效能评估。
NIF是全球规模最大的惯性激光聚变实验设施，采用间接驱动方式实现聚变点火：激光先聚焦加热靶室中心的圆柱形腔体产生X射线，再驱动内含氘氚燃料的靶丸内爆，在极端温度与压力下实现聚变反应并释放能量。
一、核心技术突破：极端环境模拟与诊断体系革新核心技术里程碑：此次实验首次在NIF安全可控实验室环境中，将武器级钚样本暴露于高强度脉冲热核中子辐射下，借助聚变点火平台模拟接近实战的中子辐射环境，打破以往核材料极端测试局限，为获取钚极端条件性能数据提供全新技术路径。
关键诊断装置CryoXNBS：实验的核心支撑是低温兼容型X射线、中子和爆炸喷嘴（CryoXNBS），其主要功能是实现材料样本在点火舱附近的安全放置与精准监测。该装置具备双重核心优势：一方面，22公斤重的钢制外壳能有效抵御点火冲击产生的X射线与碎片，内部密封容器可安全容纳钚样本及检测仪器，确保样本在最高热核聚变中子注量下的安全；另一方面，集成了实时诊断功能，可近乎即时反馈实验性能，为数据采集提供高效支撑。
每次实验后系统可安全收回并拆卸分析样品，收集的数据用于改进核材料性能预测模型，揭示核部件在高温、冲击、辐射等综合应力下的性能表现。
二、实验核心目标：锚定核威慑力实战效能验证
- 直接目标：聚焦美国核武器遭遇敌方导弹防御系统时的生存与打击效能，验证其突破拦截、精准命中目标的实战能力。
- 具体支撑：为W87-1核弹头等战略武器提供抗毁性能数据，明确其在热、冲击、辐射等综合恶劣环境中的抗毁能力与结构稳定性。
- 战略升级导向：助力美国国家核安全管理局（NNSA）推进核威慑力量现代化，保障核武库的可靠性、有效性与长期威慑可信度。
- 长远技术价值：优化核材料性能预测模型，为未来核武器的设计迭代、生产工艺升级与老旧装备改造提供坚实科学依据。
三、核心数据：量化参数
- 激光能量输入：2.065兆焦耳（MJ）；
- 聚变产出：3.6兆焦耳，能量产出约为输入能量的1.7倍；
- 样本所处环境：高注量14兆电子伏特（MeV）中子环境；
- 样本规格：采用克级钚样本，分别取自20世纪80年代末生产的W87-0核弹头核心部件与洛斯阿拉莫斯国家实验室新制造的W87-1核弹头核心部件。
四、NIF点火里程碑事件梳理（1993-2025）
- 1993年1月，美国能源部（DOE）批准建造NIF。
- 1997年5月，NIF举行开工仪式。
- 2005年，美国实施国家点火攻关计划（即NIC计划），目的是协调物理、诊断与制靶等方面研究，以期在2012年9月完成热核聚变点火。
- 2009年3月：NIF项目宣布建成，标志着其具备了全系统激光实验的能力。
- 2012年7月，NIF利用192束激光束向目标靶丸提供了超过500万亿瓦的峰值功率和1.85MJ的激光。
- 2013-2015年，NIF重点转向材料和武器研究问题，用钚靶模拟高爆炸药对核弹炸药的压缩，仅2014年就开展了191次实验。
- 2018年5月，NIF激光系统向反应腔发射了2.15MJ的紫外线能量，比该设施的1.8MJ设计规格提高了15%。
- 2021年8月，NIF利用1.9MJ的激光驱动能量，产生了1.3MJ的聚变能输出，将NIF推向点火阈值。
- 2021年8月：NIF创历史记录的释放超过1.3MJ的能量，是此前最高纪录的8倍。
- 2022年12月，NIF利用2.05MJ激光能量输入，获得了3.15MJ的聚变能输出，首次实现”净能量增益“。
- 2023年7月，NIF利用2.05MJ激光能量输入，获得了3.88MJ的聚变能输出。
- 2023年10月，NIF利用1.9MJ激光能量输入，获得了2.4MJ的聚变能输出。同月，又利用2.2MJ激光能量输入，获得了3.4MJ的聚变能输出。
- 2024年2月12日：实验估计产出5.2MJ聚变能量，是2.2MJ输入能量的两倍多，进一步验证高增益点火的稳定性。
- 2024年11月18日：2.2MJ激光输入产出4.1MJ聚变能量。
- 2025年2月23日：创下2.44的靶增益新纪录，2.05MJ输入产出5.0MJ聚变能量，为该输入能量下的最高值，同时位列总榜单第三。
- 2025年4月7日：实验创下能量产出与靶增益双纪录——聚变能量产出达8.6兆焦耳（测量不确定度±0.45兆焦耳），激光以456太瓦峰值功率脉冲向靶丸输入2.08兆焦耳能量，目标增益达4.13。
- 2025年6月22日：由洛斯阿拉莫斯国家实验室牵头、LLNL参与的团队利用NIF实现点火，实验产出2.4MJ能量（测量不确定度±0.09兆焦耳），成功生成“燃烧等离子体”自持式反馈回路。
- 2025年10月1日：LLNL在NIF第十次实现聚变点火，实验产出3.5MJ能量（测量不确定度±0.17兆焦耳），激光向靶丸输入2.065MJ能量，目标增益达1.74，首次结合武器级钚样品测试，实现聚变与核武测试的协同突破。
五、关键认知积累：聚变过程优化与技术迭代方向
尽管NIF达成点火的挑战超出初期预期，但每一次实验都让研究人员对聚变过程的理解更进一层。例如，他们认清了早期仿真模型的局限，并以此为基础持续优化模型精度与内爆性能。其中，高分辨率三维建模与仿真技术的应用至关重要，助力团队精准识别了影响内爆效果的扰动源，包括支撑靶丸的薄膜、燃料注入管道等"工程特征"。此外，激光-等离子体不稳定性、驱动内爆的靶腔X射线通量不对称性，以及靶丸材料与燃料的混合效应，也是制约能量产出的重要因素。新型增强型诊断设备（如多视角中子探测器）的投入进一步提升了靶丸实验性能，而高性能超级计算机与"深度学习"技术则能高效处理、分析诊断设备产生的海量三维数据，覆盖靶丸表面缺陷、工程特征、驱动不对称性等多类扰动源，大幅增强了仿真模型对实验结果的匹配度与预测能力。
聚变点火的实现堪称变革性跨越，其价值不仅体现在推动国家核库存可靠性保障的科研进程，更为聚变能源的应用筑牢根基——这种能源兼具安全、清洁属性，且拥有近乎取之不竭的潜力，为人类能源发展开辟了新方向。
参考链接：
- https://www.llnl.gov/article/53686/llnl-conducts-milestone-nuclear-survivability-experiment-nif-moving-weapons-modernization-forward
- https://www.llnl.gov/article/53646/inception-ignition-beyond-suhas-bhandarkars-target-fabrication-career
- https://lasers.llnl.gov/science/achieving-fusion-ignition
- https://str.llnl.gov/str-julyaugust-2025