2022年，核聚變領(lǐng)域迎來了歷史性的突破，被稱為“世紀(jì)實(shí)驗(yàn)”的一次實(shí)驗(yàn)在勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成功證明，核聚變可以成為一種可行的清潔能源。該實(shí)驗(yàn)顯示，聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過了輸入的能量，徹底改變了科學(xué)家們對(duì)核聚變的看法。

近年來，私人部門在核聚變領(lǐng)域的投資不斷增加，主要集中在美國(guó)，總額已達(dá)數(shù)十億美元。然而，要將核聚變技術(shù)規(guī)模化發(fā)展成為一種安全、經(jīng)濟(jì)且?guī)缀鯚o限的清潔能源，還需克服一系列工程難題。

核聚變的發(fā)生需要兩種氫原子(氘和氚)在極端條件下碰撞，加熱至1.8億華氏度(1億攝氏度)，溫度比太陽核心還要高10倍。實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)聚變主要有兩種方法：慣性約束聚變和磁約束聚變。盡管“世紀(jì)實(shí)驗(yàn)”采用的是慣性約束聚變，但磁約束聚變?cè)谀茉串a(chǎn)生方面尚未實(shí)現(xiàn)收支平衡。

未來，核聚變技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)包括開發(fā)能夠承受極端溫度和輻射條件的新材料，設(shè)計(jì)能夠在幾年內(nèi)衰變至安全放射性水平的新材料，以及生產(chǎn)足夠的燃料并可持續(xù)地生產(chǎn)。特別是氚的生產(chǎn)，由于其來源有限且生產(chǎn)困難，工程師們需要開發(fā)在聚變裝置內(nèi)部生產(chǎn)氚的能力。

此外，擴(kuò)大慣性聚變規(guī)模和磁約束聚變技術(shù)也面臨諸多挑戰(zhàn)。工程師們需要開發(fā)能夠反復(fù)擊中聚變?nèi)剂习械募す馄鳎约案行У姆椒▉砑訜岷涂刂频入x子體，同時(shí)還需要更耐熱和抗輻射的反應(yīng)堆壁材料。

盡管挑戰(zhàn)巨大，但并非不可克服。全球私營(yíng)公司的投資不斷增加，成為推動(dòng)核聚變研究向前發(fā)展的重要因素。過去五年來，私營(yíng)公司吸引了超過70億美元的私人投資，多家初創(chuàng)公司正在開發(fā)不同的技術(shù)和反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，旨在在未來幾十年內(nèi)將核聚變技術(shù)引入電網(wǎng)。

美國(guó)政府也在核聚變技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。美國(guó)能源部已投資數(shù)十億美元用于相關(guān)研究和設(shè)施建設(shè)，并宣布了一項(xiàng)為期四年、耗資4200萬美元的計(jì)劃，用于開發(fā)聚變中心。然而，這筆資金可能仍不足以解決美國(guó)成為實(shí)用聚變能源全球領(lǐng)導(dǎo)者所面臨的最重要挑戰(zhàn)。

為了推動(dòng)核聚變技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，建立政府與私營(yíng)公司之間的伙伴關(guān)系至關(guān)重要。類似于NASA和SpaceX之間的合作關(guān)系，政府和私人資金可以共同支持私營(yíng)公司開發(fā)聚變技術(shù)，加速其實(shí)用化進(jìn)程。

許多研究人員對(duì)核聚變技術(shù)的未來持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度。新的實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果、新工具和私營(yíng)部門的投資都讓我們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，開發(fā)實(shí)用的聚變能源已不再是遙不可及的夢(mèng)想，而是指日可待的現(xiàn)實(shí)。

本文作者為加州大學(xué)圣地亞哥分校機(jī)械與航空航天工程教授George R. Tynan 和 Farhat Beg