科學家思考的方式融合到了 2022 年，情況發生了永遠的改變，有些人稱之為本世紀的實驗首次證明聚變可以成為可行的來源清潔能源。
該實驗在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室進行，顯示點火：聚變反應產生的能量多於輸入的能量。
此外，過去幾年的特點是該領域私人投資帶來數十億美元的意外收穫，主要是在美國。
但在核融合規模化、成為安全、負擔得起的能源來源之前，必須先解決一系列工程挑戰。幾乎無限的清潔能源。換句話說，現在是工程時間。
作為一直致力於基礎科學和應用工程我們在核融合領域已有數十年的歷史，我們已經看到聚變科學和物理學的大部分內容在過去十年中已趨於成熟。
但為了使核聚變成為可行的商業電力來源，工程師現在必須解決許多實際挑戰。美國是否能抓住這個機會並成為聚變能源的全球領導者將部分取決於該國願意投資多少來解決這些實際問題——特別是透過公私夥伴關係。
建造聚變反應爐
當兩種氫原子（氘和氚）在極端條件下碰撞時，就會發生聚變。這兩個原子透過加熱到實際上融合成一個原子1.8 億華氏度（攝氏1億度），比太陽核心熱10倍。為了使這些反應發生，聚變能源基礎設施將需要承受這些極端條件。
核科學家 Marv Adams 解釋了成功的聚變實驗中發生的事情 - YouTube
在實驗室中實現聚變有兩種方法：慣性約束聚變，它使用強大的雷射，和磁約束聚變，它使用強力磁鐵。
而「世紀實驗」採用的是慣性約束聚變、磁約束聚變尚未證明它可以在能源生產方面實現收支平衡。
多項私人資助實驗目標是在本十年晚些時候實現這一壯舉，以及法國國際支持的大型實驗 ITER，也希望在 2030 年代末期達到收支平衡。兩者都使用磁約束聚變。
未來的挑戰
這兩種核融合方法都面臨一系列挑戰，克服這些挑戰的成本並不低。例如，研究人員需要開發新材料可承受極端溫度和輻照條件。
聚變反應器材料還變得具有放射性因為它們受到高能量粒子的轟擊。研究人員需要設計新材料它可以在幾年內衰減到可以安全且更容易處理的放射性水平。
生產足夠的燃料並永續生產也是一個重要的挑戰。氘含量豐富，可從普通水中提取。但提高氚產量通常由鋰生產的鋰將被證明要困難得多。單一聚變反應器每天需要數百克到一千克（2.2 磅）的氚才能運作。
目前，傳統核反應器生產氚作為裂變副產品，但這些不足以維持一系列聚變反應器。
因此，工程師需要開發在聚變裝置本身內生產氚的能力。這可能需要用含鋰材料包圍聚變反應堆，反應將轉化為氚。
為了擴大慣性融合的規模，工程師需要開發能夠每秒多次擊中由冷凍氘和氚製成的聚變燃料目標的雷射。但目前還沒有強大到足以以這樣的速度做到這一點的雷射。工程師還需要開發控制系統和演算法，以極高的精度將這些雷射引導到目標上。
此外，工程師還需要將目標的生產規模擴大幾個數量級：每年手工製作數百個，價格標籤為每人數十萬美元數以百萬計，每人僅需幾美元。
對於磁性遏制，工程師和材料科學家將需要開發更有效的方法來加熱和控制等離子體以及用於反應器壁的更耐熱和耐輻射的材料。用於加熱和限制等離子體直至原子融合的技術需要可靠運行多年。
這些是一些重大挑戰。它們很艱難，但並非不可克服。
目前的融資狀況
全球私人公司的投資增加——這些可能將繼續成為推動聚變研究向前發展的重要因素。私人企業吸引了超過70億美元的私人投資過去五年。
多家新創公司正在開發不同的技術和反應器設計目標是在未來幾十年內為電網增加融合。大多數總部位於美國，也有一些位於歐洲和亞洲。
儘管私部門投資有所成長，但迄今為止，美國政府在聚變技術的發展中繼續發揮關鍵作用。我們預計未來將繼續這樣做。
美國能源部投資約30億美元在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室建造國家點火裝置2000年代中期12年後，「世紀實驗」在這裡進行。
2023 年，能源部宣布了一項為期四年、耗資 4,200 萬美元的計劃開發技術融合中心。儘管這筆資金很重要，但它可能不足以解決美國成為實用聚變能源全球領導者所面臨的最重要挑戰。
在這個領域建立政府和私人公司之間的夥伴關係的一種方法可能是建立類似的關係NASA 與 SpaceX 之間。作為其中之一美國太空總署的商業夥伴，太空探索科技公司接受政府和私人資金來開發技術美國太空總署可以使用。這是第一家私人公司派遣太空人到太空和國際太空站。
與許多其他研究人員一樣，我們持謹慎樂觀的態度。新的實驗和理論結果、新工具和私部門投資都讓我們越來越意識到，開發實用的聚變能源不再是「如果」而是「何時」。
