即便研究人员能够可靠地从核聚变反应中获取比投入更多的能量，他们仍需攻克扩大核聚变能的诸多工程难题。

2022年，科学家对核聚变的认知发生了翻天覆地的变化当时，被部分人称作“世纪实验”的实验首次证实，核聚变有望成为一种切实可行的清洁能源在劳伦斯利弗莫尔国家实验室开展的此项实验实现了点火：聚变反应产生的能量超过了输入的能量。

此外，过去数年该领域在美国获得了数十亿美元的私人投资不过，在核聚变大规模发展成为安全、经济且近乎无限的清洁能源之前，大量工程挑战亟待解决换言之，这是需要投入大量工程精力的阶段许多投身核聚变基础科学与应用工程数十年的工程师，见证了核聚变的众多科学原理与物理特性在过去十年逐渐成熟。

但要使核聚变成为可行的商业能源，工程师们当下必须应对一系列现实挑战能否把握这一机遇，成为核聚变能源领域的全球引领者，在一定程度上取决于该国愿意通过公私合作等方式，在这些实际问题上投入多少资金建造聚变反应堆。

当氘和氚这两种氢原子在极端条件下相互碰撞时，便会发生聚变这两个原子经加热至1.8亿华氏度（即1亿摄氏度），融合成一个原子，其温度比太阳核心温度高出10倍为使这些反应得以发生，核聚变能源基础设施需承受此类极端条件。

在实验室实现核聚变主要有两种方式：惯性约束核聚变，借助强大的激光；磁约束核聚变，运用强大的磁铁尽管“世纪实验”采用了惯性约束核聚变，但磁约束核聚变尚未证明其在能源生产中能够实现收支平衡一些由私人资助的实验旨在本世纪末达成这一壮举，而在法国开展的国际大型实验ITER也期望在本世纪30年代末实现收支平衡，二者均采用了磁约束聚变技术。

未来的挑战这两种核聚变方法均面临一系列挑战，且克服这些挑战的成本不菲例如，研究人员需研发出能够承受极端温度与辐射条件的新材料当聚变反应堆的材料受到高能粒子轰击时，材料会具有放射性研究人员要设计出能在几年内衰变到放射性水平以下的新材料，以便更安全、更便捷地处理。

以可持续的方式生产足够的燃料也是一项重要挑战氘储量丰富，可从普通水中提取，但提高通常由锂生产的氚的产量难度极大一个单一的聚变反应堆每天需几百克至一公斤（2.2磅）的氚才能运行目前，传统核反应堆产生的氚是裂变的副产品，但这些氚无法提供足够的能量来维持一组聚变反应堆的运行。

因此，工程师们需开发在聚变装置内部生产氚的能力，或许可通过用含锂材料包围聚变反应堆来实现，这种材料会在反应中转化为氚为扩大惯性核聚变的规模，工程师们需开发出能够每秒多次重复撞击由冷冻氘和氚制成的聚变燃料目标的激光器。

然而，目前尚无足够强大的激光能以这样的速度进行操作此外，工程师们还需开发控制系统和算法，使这些激光能以极高的精度对准目标

此外，工程师们还需大幅提高靶材的生产规模：从每年数百个手工制作的靶材，每个价格高达数十万美元，到数百万个靶材，每个仅需花费几美元对于磁约束方面，工程师和材料科学家需开发更有效的等离子体加热与控制方法，以及用于反应堆壁的更耐热、抗辐射的材料。

用于加热和限制等离子体直至原子聚变的技术需可靠运行数年这些都是重大挑战，虽困难重重，但并非无法克服目前的资金状况来自全球私人公司的投资不断增加——这或许会持续成为推动核聚变研究向前发展的关键因素过去五年，私营企业已吸引了超过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，目标是在未来几十年将核聚变并入电网这些公司大多位于美国，部分在欧洲和亚洲也有分布尽管私营部门的投资有所增长，但到目前为止，各国政府在核聚变技术的发展中仍发挥着关键作用。

我们期望它们在未来继续保持这一态势2000年代中期，美国能源部投资约30亿美元在劳伦斯利弗莫尔国家实验室建造了国家点火装置，12年后，“世纪实验”在此展开2023年，美国能源部宣布了一项为期四年、耗资4200万美元的项目，用于开发该技术的核聚变中心。

虽然这笔资金意义重大，但可能不足以解决美国在成为实际核聚变能源领域全球领导者过程中面临的最关键挑战在这一领域，政府和私营公司之间建立伙伴关系的一种可行方式是构建类似美国宇航局与SpaceX之间的关系作为NASA的商业合作伙伴之一，SpaceX获得了政府和私人资金，用于开发可供NASA使用的技术。

它是首家将宇航员送上太空和国际空间站的私人公司与其他许多研究人员一样，我们也持谨慎乐观的态度新的实验和理论成果、新的工具以及私营部门的投资，都让我们愈发意识到，开发实用的核聚变能源已不再是“如果”，而是“将来”。