据科技参考刊文，近来，核聚变技术相继取得重要突破，其未来发展和商业化应用引发世界各国巨大关注。2023年6月1日，《科学美国人》发布了“核聚变的未来”一文，分析了核聚变面临的挑战、政府部署的项目、初创企业情况、不同技术路线等问题。
实现可控核聚变面临重大挑战
2022年12月，从事核聚变研究的物理学家声称取得了突破。美国加州国家点火设施（NIF）的一个团队宣布，他们从一个受控的核聚变反应中提取的能量超过了用于触发核聚变的能量。这一备受瞩目的公告引起了人们对核聚变研究的关注：有科学家预测，一旦人类学会了以可控和可持续的方式释放聚变能，电力将变得“太便宜而无法计量”。
但事实证明，其中的挑战堪比“在地球上制造恒星”。如何克服静电屏障并使轻原子核合并？如何将温度约为1亿开尔文的等离子体装入瓶中？反应堆设计长期以来青睐的答案是磁约束——将带电等离子体保存在由强磁场形成的“磁瓶”中，使其永远不会接触聚变室壁。最流行的设计称为托卡马克，即使用环形容器。但这一过程需要精细控制。炽热的等离子体不会保持静止：它往往会形成巨大的温度梯度，从而产生强烈的对流，使等离子体变沉成湍流，难以控制。抑制或管理这些波动一直是托卡马克设计者的关键挑战之一。
当前磁约束聚变存在两大障碍：一是需要能够承受聚变等离子体猛烈撞击的材料，特别是，氘氚核聚变会产生大量的高能中子，这些中子与金属壁和包层中的原子核发生碰撞，产生微小的熔化点；二是如何制造聚变燃料，氚只在自然界中少量形成，而且它的半衰期只有12年，它在不断消失，必须重新生产。
各国对核聚变装置的部署
世界上最大的核聚变项目是欧盟、英国、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同支持的国际热核聚变反应堆计划（ITER）。ITER建设始于2007年，最初是希望在2020年左右在核聚变室中产生等离子体，但ITER一再延误，且54.5亿美元的预估成本也翻了两番。2023年1月，该项目的领导人宣布了进一步的挫折：原定于2035年开始运营的项目可能被推迟到2040年后。ITER不会生产商业电力，严格来说，它是一台实验性机器，旨在解决工程问题，并为可行的发电厂做准备。
实际用于发电厂的托卡马克装置可能并不需要如此庞大和昂贵，各国对球形小型设备越来越感兴趣。英国原子能管理局（UKAEA）计划将一个用于能源生产的球形托卡马克（STEP）作为试验工厂。STEP的目标是一个产生净电力的原型工厂。当前仍处于概念设计阶段，但英国政府已经开始着手为世界上第一个核聚变项目制定法规——它无需常规核能许可证。
欧盟正在规划自己的原型电厂DEMO，由EUROfusion财团管理。该项目最初打算建造一个500兆瓦的发电厂，但2022年由于ITER的延迟而引发的技术不确定性导致该财团将目标缩减到200兆瓦左右。此外，美国制订了一个名为聚变核科学设施的小型设备计划；韩国、日本和中国也有类似的聚变电站项目。
初创企业大量涌现
小型球形托卡马克装置吸引了私营公司的关注，数十家核聚变初创企业在世界各地如雨后春笋般涌现。
加拿大General Fusion公司在英国原子能管理局的支持下，开始建造一个示范工厂，希望能在2025年之前运行。
美国CFS公司与麻省理工学院等离子科学与聚变中心（PSFC）以及其他机构合作，正在建造一个名为SPARC的原型设备，其使命是要解决阻碍商业化的科技问题，该设备也计划于 2025 年完工。SPARC将是一个中型托卡马克装置，其中等离子体被麻省理工学院开发并于2021年亮相的新型高温超导磁体产生的非常强的磁场紧紧限制。这种磁体被誉为磁约束核聚变的一个重要步骤，因为随着磁场强度的增加，等离子体的功率密度会迅速增加。
英国的Tokamak Energy公司已建造出世界首套新一代高温超导（HTS）磁体，可在聚变电厂相关场景中进行组装和测试，该公司提出要在2030年代中期部署商业聚变发电厂。德国马克斯普朗克等离子物理研究所衍生出的第一家核聚变公司Proxima Fusion于2023年1月成立，致力于通过原子聚变发电。
虽然专家表示，核聚变商业化还有很长的路要走，但在投资领域，投资机构正在押注核聚变商业化将在未来几年内成为现实。核聚变工业协会（Fusion Industry Association）发现，核聚变企业已经获得了超过50亿美元的私人融资，其中7家公司至少筹集了2亿美元。
其他技术路线
磁约束聚变装置不一定限于托卡马克装置，还可以采用其他技术路线。一种路线是仿星器，其原理是：等离子体可能被更有效地控制在一个带有扭曲的隧道壁的环形室中，核聚变装置可以通过利用带电等离子体本身的流动所产生的磁场来保持对等离子体的约束。当前，全球有几个项目正在采用这种设计，一个著名的例子是位于德国格赖夫斯瓦尔德的Wendelstein 7-X仿星器。从工程上来说，仿星器是一种更复杂的设备，欧洲正在研究将其作为托卡马克的备份，但该技术仍处于相对早期阶段。
另一种技术路线是惯性约束核聚变，美国国家点火装置（NIF）团队采用的就是这种路线，他们没有使用被磁场限制的大量等离子体，而是点燃一个微小的氘和氚靶。在这种情况下，在实验通过突然挤压燃料并对其进行剧烈加热来触发核聚变之后，融合的等离子体只是被其自身的惯性短暂的固定在原位——这种方案被称为惯性约束核聚变。NIF通过将非常强烈的激光束集中在颗粒状的目标上产生这些极端条件。在热等离子体膨胀之前，核聚变能量在短暂的爆发中被释放。因此，这种能量生产将在脉冲形式产生，燃料舱必须不断地一个接一个地移动到反应室中才能被点燃。大多数研究人员估计，为了使这种方法切实可行，燃料舱必须在一秒钟内更换大约10次。除美国的NIF之外，法国的Megajoule Laser设施和中国的神光Ⅲ激光设施也在研究惯性约束核聚变。
大多数专家认为，核聚变从试验工厂到第一个商业反应堆，需要大约10年的时间。到 2050 年左右，聚变电站可能会向电网供电。核聚变电站的规模可能与今天的化石燃料或裂变电站的规模差不多，输出功率为几千兆瓦。核聚变非常容易取代化石燃料或核裂变，这可以是一个非常平稳的过渡。核聚变工厂将首先取代仍然活跃的煤炭工厂，然后是石油和天然气，最后是裂变。到本世纪下半叶，尤其是2060年后，核聚变对能源经济的重要性将稳步上升。
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