有用的、具有成本效益的核聚变仍然是一个遥远的梦想，尽管政府的 NIF 反应堆朝着正确的方向迈出了一小步。
科学家们刚刚宣布了核聚变点火方面的一项突破：强大的聚变反应堆的核心首次短暂地产生了比输入的能量更多的能量。 但专家们敦促谨慎，并表示这一突破虽然意义重大，但离安全、无限的核能还有很长的路要走。
周二（12 月 13 日），美国政府资助的位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施 (NIF) 的物理学家宣布，他们能够将携带大约 2 兆焦耳能量的激光发射到由 两种氢同位素，将原子变成等离子体并产生 3 兆焦耳的能量——增加 50%。
科学家们对结果感到非常兴奋，但对过度炒作持谨慎态度。 反应堆作为一个整体并没有产生能量的净增益。 对于实际有用的聚变反应，从电网中提取的数十兆焦耳，转换成激光束并发射到反应堆堆芯中，必须明显小于等离子体释放的能量。
但新的等离子点火里程碑只考虑了激光能量的输入和等离子能量的输出，而不是将电转化为光的巨大损失。
更重要的是，反应发生在世界上最大激光器内的一个微小燃料颗粒中，持续时间仅为十亿分之几秒，并且只能每六个小时重复一次。 这使得反应对于实际目的而言效率太低。
澳大利亚格里菲斯大学物理学家兼名誉教授伊恩·洛 (Ian Lowe) 告诉我们：“净能量增益是一个重要的里程碑，但从长远来看，这意味着聚变现在是费米在大约 80 年前提出裂变的地方。” “巨大的技术问题是将大量等离子体保持在几百万度的温度下以实现聚变，同时提取足够的热量以提供有用的能量。我还没有看到实现该目标的聚变反应堆的可靠示意图。 “
聚变反应堆的工作原理
现有的聚变反应堆可分为两大类：像 NIF 这样的惯性约束反应堆，它包含带有激光或粒子束的热等离子体，以及磁约束反应堆，例如英国的联合欧洲环面 (JET)，欧洲即将推出的国际 热核实验反应堆 (ITER) 和中国实验性先进超导托卡马克 (EAST)，将等离子体雕刻成具有强磁场的各种环面形状。 在 ITER，限制燃烧等离子体的磁场强度将是地球周围磁场的 280,000 倍。
不同的反应堆类型反映了克服核聚变令人生畏的技术障碍的不同策略。 被称为托卡马克的磁约束反应堆旨在让等离子体长时间持续燃烧（ITER 的目标是持续长达 400 秒）。 但是，尽管越来越近，托卡马克装置尚未从其等离子体中产生净能量增益。
另一方面，惯性约束系统，如 NIF 反应堆，也用于测试军事目的的热核爆炸，通过快速燃烧一小块燃料来产生能量爆发。 然而，这种燃料以离散颗粒的形式出现，科学家们还没有弄清楚如何足够快地更换它们以维持反应时间超过一秒钟的最小分数。
École polytechnique fédérale 瑞士等离子体中心副主任 Yves Martin 说：“这非常非常棘手，因为这意味着你需要在 [等离子体] 云在容器中膨胀期间定位下一个颗粒。” de Lausanne 在瑞士告诉我们。 “这种弹丸的直径通常为 1 毫米 [0.04 英寸]，必须放置在一个 9 米 [30 英尺] 宽的房间内。据我所知，它仍然要花费数万美元 [到 让反应继续进行]。有趣的是，它应该降到一美元甚至更少。”
一种非常昂贵的同位素
聚变反应堆的另一个问题是氚的供应减少，氚是一种与氘结合作为反应燃料的关键同位素。 曾经是露天核武器试验和核裂变的常见且不需要的副产品——分裂原子而不是结合它们并产生更多的放射性废物——氚的 12.3 年半衰期意味着它的大部分现有存量已经在路上 无法使用，使其成为地球上最昂贵的物质之一，每克 30,000 美元。
物理学家提出了制造氚的其他方法，例如在捕获杂散中子的核反应堆中培育氚。 但是，除了一些较小规模的实验外，迅速膨胀的成本意味着必须取消在 ITER 试验氚增殖的计划。
聚变研究人员认为，如果能够找到政治意愿并解决工程挑战，那么第一个可行的聚变反应堆最早可以在 2040 年上线。但是要将全球变暖控制在 1.5 摄氏度（2.7 华氏度），到 2030 年。
“决策者渴望从丰富的资源中获得清洁能源的圣杯，”Lowe 说。 “在聚变研究上花费了大量资金，他们非常不愿意放弃，就像他们花了几十年时间追逐增殖反应堆的幻想 [一种输出能量多于消耗能量的裂变反应堆]。”
然而，近年来聚变技术的改进源源不断。 其中包括成功试验人工智能以控制托卡马克内部的等离子体； 多个实验在发电、等离子体燃烧时间和反应堆温度方面的大量记录； 以及重写一项基本规则，使未来的反应堆产生两倍的电力。 鉴于这些进展，聚变科学家坚持认为，长期解决气候危机的多种战略是必要的，聚变将成为未来无碳能源系统的重要组成部分。
“如果我们只想依靠可再生能源，我们将需要如此多的装置才能获得冬季或无风时期通常需要的能量。我们需要一些可以作为基础水平的东西 生产出你想要的东西，”马丁说。 “并不是因为我相信聚变，所以我不会在屋顶上放一些太阳能电池板。从某种意义上说，我们确实需要使用比化石燃料更好的一切。”