2022年，核聚变领域迎来了历史性的突破，被称为“世纪实验”的一次实验在劳伦斯利弗莫尔国家实验室成功证明，核聚变可以成为一种可行的清洁能源。该实验显示，聚变反应产生的能量超过了输入的能量，彻底改变了科学家们对核聚变的看法。
近年来，私人部门在核聚变领域的投资不断增加，主要集中在美国，总额已达数十亿美元。然而，要将核聚变技术规模化发展成为一种安全、经济且几乎无限的清洁能源，还需克服一系列工程难题。
核聚变的发生需要两种氢原子(氘和氚)在极端条件下碰撞，加热至1.8亿华氏度(1亿摄氏度)，温度比太阳核心还要高10倍。实验室中实现聚变主要有两种方法：惯性约束聚变和磁约束聚变。尽管“世纪实验”采用的是惯性约束聚变，但磁约束聚变在能源产生方面尚未实现收支平衡。
未来，核聚变技术面临的主要挑战包括开发能够承受极端温度和辐射条件的新材料，设计能够在几年内衰变至安全放射性水平的新材料，以及生产足够的燃料并可持续地生产。特别是氚的生产，由于其来源有限且生产困难，工程师们需要开发在聚变装置内部生产氚的能力。
此外，扩大惯性聚变规模和磁约束聚变技术也面临诸多挑战。工程师们需要开发能够反复击中聚变燃料靶的激光器，以及更有效的方法来加热和控制等离子体，同时还需要更耐热和抗辐射的反应堆壁材料。
尽管挑战巨大，但并非不可克服。全球私营公司的投资不断增加，成为推动核聚变研究向前发展的重要因素。过去五年来，私营公司吸引了超过70亿美元的私人投资，多家初创公司正在开发不同的技术和反应堆设计，旨在在未来几十年内将核聚变技术引入电网。
美国政府也在核聚变技术的发展中发挥着关键作用。美国能源部已投资数十亿美元用于相关研究和设施建设，并宣布了一项为期四年、耗资4200万美元的计划，用于开发聚变中心。然而，这笔资金可能仍不足以解决美国成为实用聚变能源全球领导者所面临的最重要挑战。
为了推动核聚变技术的进一步发展，建立政府与私营公司之间的伙伴关系至关重要。类似于NASA和SpaceX之间的合作关系，政府和私人资金可以共同支持私营公司开发聚变技术，加速其实用化进程。
许多研究人员对核聚变技术的未来持谨慎乐观态度。新的实验和理论结果、新工具和私营部门的投资都让我们越来越意识到，开发实用的聚变能源已不再是遥不可及的梦想，而是指日可待的现实。
本文作者为加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程教授George R. Tynan 和 Farhat Beg
