尽管可控核聚变技术具有广阔的发展前景，但在实现商业化之前，还需要克服诸多技术挑战。其中，最主要的技术挑战包括：
- 高温高压环境下的材料选择和制造
- 反应过程的控制和稳定性
- 能量的高效转换和传输
这些技术挑战需要在未来的研究和开发工作中得到解决，才能实现可控核聚变技术的商业化。
可控核聚变，需要把聚变材料束缚在装置内，使之达到上亿度的温度，然后发生聚变反应释放能量，并且实现稳定输出。目前实现可控核聚变的方式有两种，一是超强激光束进行能量聚焦，二是托卡马克装置。
激光方面美国的技术最先进，但还是远远达不到商用可控核聚变的程度，该技术需要使用尽可能多的激光束，把能量聚焦到一个点上，每个方位的能量输入不能有偏差，这点难度就非常高，而且强激光对光学设备的要求极高。
而托卡马克装置，在技术上稳步进展，国际上已经能实现输出能量大于输入能量的水平，我国的“人造太阳”也达到了较高的水平。
但是托卡马克装置还存在很多技术瓶颈，距离商用还有很长的距离，比如以下两个难点：
第一壁
可控核聚变主要用到氘核与氚核聚变，反应方程式为：3H+2H→4He+n，ΔE=14.6MeV;
原子在高温下将成为等离子态，利用磁场可以把原子核与电子分离出来，等离子电浆在托卡马克装置中被束缚；但是反应产物中子不带电，高能中子会频繁撞击内壁，造成内壁物质不可逆转的改变。
虽然等离子体被磁场束缚，但是内壁温度还高达1000℃，在等离子体解体时，内部温度高达3000℃；如果没有应对这种极端条件的材料，频繁更换内壁将是很麻烦的事。
超导材料
托卡马克装置的关键，就是需要利用超导体来制造强磁场，磁场越强束缚高温等离子体的能力越强，目前的超导材料需要在130K温度附近实现。
一边上亿度的超高温等离子体，一边需要保持零下100多摄氏度的超导体，如何把两个系统长时间放到一起稳定运行是一大难点，而且核聚变的中子无法100%隔离，高能中子还会损害超导线圈。
目前期望的解决途径，就是常温超导体，利用常温超导体能大大降低超导系统的复杂程度，但是常温超导体的研制，还没有突破性进展。
除了以上两点，氚元素的来源、磁束缚时间、能量控制、产物导流等问题都有待攻克。可参考阅读 核聚变100问（9）：可控核聚变中的“控”到底是控制什么？
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