当地时间12⽉13⽇，美国能源部和国家核安全局宣布，美国国家点⽕装置（NIF）在12⽉5⽇的⼀次实验中，成功实现了核聚变点⽕——聚变产⽣的能量多于激光输⼊的能量。这台耗资35亿美元的装置将携带2.05兆焦⽿能量的192束激光打在⼏毫⽶⼤⼩的燃料罐上，产⽣了3.15兆焦的能量——⼤概能烧开10壶⽔。
作为科幻作品最青睐的能源，核聚变拥有很多美妙的性质。⾸先，地球上就有⼤量核聚变的燃料，如果将海⽔中的氘全提取出来⽤作核聚变，那海⽔的能量密度就能和⽯油相当；其次，核聚变需要外界环境介⼊主动维持，⼀旦设施失效反应会⾃动停⽌，安全隐患远⼩于核裂变；另外，核聚变还不会排放温室⽓体、也不会产⽣半衰期较长的放射性废料，完全算得上清洁能源。
但除了玩⽂字游戏，将光伏发电算作核聚变发电的⼈外，⼈类⾄今为⽌还没有在核聚变上实现输出⼤于输⼊。不过情况正在发⽣转变。当地时间12⽉13⽇，美国能源部和国家核安全局宣布，美国国家点⽕装置（NIF）成功实现了核聚变点⽕。激光输⼊2.05兆焦⽿的能量，核聚变能产⽣3.15兆焦的能量——输出能量正好能把10升⽔从25摄⽒度烧到100摄⽒度。
NIF是⼀台耗资35亿美元、占地相当于3个美式⾜球场的巨兽，它从2010年就已经开始了试验，原本计划在2012年实现核聚变点⽕，但计划却⼀再被延误，预算也不断超⽀。实验过程中，NIF可以发出1053纳⽶的红外脉冲，脉冲分为192束，每束激光长度仅有⼏纳秒。红外激光会被转换成351纳⽶的紫外线，最终聚焦在燃料球上。燃料球是⼀个铅笔橡⽪⼤⼩的⾦罐，⾥⾯装有胡椒粒⼤⼩的燃料舱。
⾦被加热到数百万度，会发出X射线，使胶囊的钻⽯壳蒸发。爆破的钻⽯使燃料内爆（implosion），压缩并加热燃料舱中的氘和氚，从⽽实现核聚变。
如果实验的条件⾜够理想，那么聚变反应会在中⼼热点开始并平稳地向外传播，聚变产⽣的热量会引发更多核燃烧，这种核燃料⾃我维持燃烧的状态被称为核聚变点⽕。实现核聚变点⽕所需要的条件被称为劳森判据（Lawson Criterion），它指的是核聚变材料的密度、温度和禁锢时间三者之积必须超过102?eV·s·m-3，才有可能实现核聚变产能。
去年8⽉8⽇，NIF就已经让核聚变输出能量达到了输⼊能量的70%。今年8⽉8⽇，研究团队在《物理评论快报》上介绍了那次实验成果。他们在实验中已经突破了劳森判据，但还没有实现最终的能量收⽀平衡，当时输⼊的能量为1.92兆焦⽿，聚变反应能量达到了1.37兆焦⽿。
但那次突破之后，NIF团队发现他们⼀直⽆法重现当时的成功。后来发现使⽤光滑的钻⽯胶囊是关键（smooth diamond capsule）——2021年8⽉那个是最光滑和接近球形的。他们还使胶囊变厚了⼀些，提供了更⼤的动量，但需要更长、更强⼤的激光脉冲。因此调整了激光，将能量从1.9兆焦提⾼到2.05兆焦。
今年9⽉的⼀次实验产⽣了1.2兆焦⽿能量，研究者认为他们⾛的路是正确的。但那次燃料球被压扁了，并没有被均匀压缩，激光脉冲还需要经过精细调整。最后，通过调整激光的192束光束之间的能量，它们能够获得更加球形的内爆。终于在12⽉5⽇得到了这样的结果——输⼊2.05兆焦⽿，输出3.15兆焦⽿。
美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）主任⾦·布迪尔（Kim Budil）将这次成就归为⼀次概念证明：“我不想让你觉得我们要把NIF接⼊电⽹：这绝对不是它的⼯作原理。但这（次成就）是惯性约束⽅案不可或缺的⼀部分。”美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室是NIF的主管单位。
NIF的核燃料球就放在图中的装置内，192束激光会⼀起轰击燃料球从⽽产⽣核聚变。
如果算总账的话，NIF离输出⼤于输⼊还差得很远。NIF的激光器效率低下，为了产⽣2.05兆焦⽿能量的激光，激光器需要消耗322兆焦⽿的能量。为了实现总输出⼤于总输⼊，NIF⾄少还需要将效率提升两个数量级。
罗彻斯特⼤学激光能量学实验室的⾥卡多·贝蒂（Riccardo Betti）表⽰，⽬前的实验⽅案还有另⼀个低效率问题——它依赖于“间接驱动”，引发核聚变的并不是激光本⾝，⽽是激光冲击⾦罐时产⽣的X射线。只有1%的激光能量能进⼊燃料。他更赞成“直接驱动”，这是他的实验室采⽤的⽅法，激光的能量利⽤率能达到5%。
2020年，贝蒂曾以NIF核聚变能源科学咨询委员会委员的⾝份参与撰写过⼀份报告，建议NIF使⽤“直接驱动”。“我们需要⼀种新的范式，”贝蒂说，但“没有明确的⽅法可以做到这⼀点。”此外，如果想⽤NIF发电的话，实验重复速度也是⼀个重要的问题。⽬前NIF每天只能进⾏1次这样的实验，为了让发电功率能与真正的发电⼚相匹敌，NIF需要将实验频率提升到每天100万次——⼤约每秒10次。
每天需要制造、填充、定位、爆破和清理⼀百万个胶囊同样是⼀项巨⼤的⼯程挑战。
NIF整体⽽⾔相对低效还有⼀个重要的原因。“NIF并不是为了⾼效⽽设计的，”纽约伊萨卡康奈尔⼤学的核⼯程师戴夫·哈默（Dave Hammer）说。“它被设计成我们能建造的最⼤的激光器，是为了为我们提供核库存研究计划所需要的数据。”从NIF所属的组织架构就能看出端倪。
NIF属于美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室，后者是美国核安全局的下属单位，⽽美国核安全局则由⼀名美国能源部副部长专职管理。在美国，核武器、核反应堆都归能源部（United States Department of Energy，DOE）管理。
曾在美国海军研究实验室担任激光聚变项⽬负责⼈的物理学家斯蒂芬·博德纳（Stephen Bodner）说：“现在最⼤的问题是看能源部接下来要做什么：是加强NIF对核武器的研究⼒度？还是转向⾯向聚变能源的研究？”
实现核聚变主要有两条路线：惯性约束和磁约束。NIF属于惯性约束，⽤激光脉冲给核燃料加热加压实现核聚变。⽽平时我们在新闻上看到的“中国太阳”则属于磁约束装置。
磁约束⼀般使⽤的是托卡马克（近年来，另⼀类名为“仿星器”的设备也获得了⼀定的影响⼒），它能利⽤强⼤的环形磁场将⼀⼤团⾼温等离⼦体束缚在其中，使其发⽣核聚变。从全世界范围来看，磁约束是更主流的⽅案。过去两年中，中国和韩国的“⼈造太阳”不断刷新着⾼温、长时间运⾏的纪录——这是让磁约束核聚变实现点⽕、输出⼤于输⼊的关键⼿段。
不过其实，中国和韩国的实验都是更⼤实验的⼀部分，都是为了更深度参与国际热核聚变实验堆（ITER）。
世界上最重要的托卡马克装置⾮ITER莫属了，它是由欧盟、美国、中国、⽇本、俄罗斯、印度和韩国出资建设的国际合作项⽬。2020年7⽉28⽇，ITER在法国展开了总装任务。在计划中，ITER是⼀项将要持续20年的任务，最终任务⽬标是实现能量效率Q值达到10，输⼊50兆⽡的能量，输出500兆⽡的聚变能量。
但ITER⽬前也⾯临着⼯期拖延的问题，⽽且，就算ITER真的实现了500兆⽡的能量输出，它也只是⼀个实验项⽬，⽽不是成熟的商业项⽬。
当然，核聚变并不只有国际合作项⽬。去年，我国⽴项了中国聚变⼯程实验堆（CFETR），计划在2035年开始开展⼤规模科学实验，在2050年建设聚变商⽤⽰范堆。所以，虽然核聚变发电距离我们还很遥远，但⾄少也没有⼀直停留在“永远的50年”这⼀⽔平。在全世界科学家的努⼒下，可控核聚变已经离我们越来越近了。