轻核聚变，以其丰富的资源储备、无长期放射性废物产生和高能量密度等特性，被广泛认为是人类能源供应的可靠、无限、安全和清洁的未来。然而，聚变能的发展面临着众多科学和技术上的挑战，需要采取多样化的方法来提升成功的可能性。在这些方法中，惯性聚变能（IFE）因其巨大的潜力而备受瞩目。
虽然中美等国的聚变能科学项目过去主要集中在磁聚变能（MFE）上，但美国国家点火装置（NIF）的成功点火不仅标志着惯性聚变能研究的重大突破，也预示着启动国家主导、多方参与的IFE项目的最佳时机。
2021年8月，NIF的科学家们取得了具有里程碑意义的成就，首次实现了激光聚变点火，这在聚变实验中尚属首次。在该实验中，NIF的激光系统成功地压缩并加热了一个毫米级的氘氚靶丸，达到了点火所需的极端条件，释放出的能量约为1.37 MJ，是压缩等离子体所耗费的机械功的50倍。这一成果不仅具有划时代的意义，因为它验证了实验室聚变点火的可行性。尽管内爆对称性存在缺陷，导致只有大约25 kJ的能量（源自1.9 MJ的激光能量）转化为内爆燃料的机械动能，但这并未阻碍科学界对聚变能的探索。
到了2022年12月，NIF的科学家们再次取得重大突破，实现了聚变能输出超过输入激光能量的净靶增益，即G>1。这一成果是实现工程增益Ge>1的必要条件，也是IFE作为能源的可行性的基础。随着私人投资的持续增长，IFE作为一种具有极大潜力的能源解决方案，获得了强大的推动力。
IFE相比其他聚变能源具有显著优点
以激光聚变能为代表，惯性聚变能（IFE）在多个关键领域展现出其相较于其他聚变技术的优势：
创新的模块化设计：IFE的激光系统、靶系统以及第一壁和氚循环等关键系统组件均实现了高度模块化。这种设计不仅简化了组件间的分离和组装过程，还为IFE子系统的开发和商业反应堆的未来集成提供了极大的灵活性。
灵活的实现方案：IFE拥有多种实现聚变反应的方案，这些方案均能够在同一实验装置上使用相同的驱动器进行测试。这种多功能性允许项目团队通过比较不同方案，吸收借鉴各自的优势，有效降低IFE项目的风险。
卓越的燃耗率与效率：IFE预计能够实现更高的氘氚（DT）燃料燃耗率，其燃烧效率有望达到20%以上，这在聚变能源领域是一个令人瞩目的成就。
科技衍生品的广阔前景：IFE的持续研发不仅推动了能源技术的发展，而且预计将孕育出一系列科技衍生产品。这些产品的开发将极大地增强国家和地区的科技竞争力和创新能力。
各方呼吁围绕IFE开展关键科学技术研究
惯性聚变能（IFE）是一项涵盖基础研究、技术发展、大型科学设施建设、私营企业参与及人才培养等多方面的综合科学工程。确保IFE的持续、健康和快速发展，需要迫切建立以国家为主导的IFE大型科学工程项目，并与企业机构建立紧密的联盟合作关系。面对聚变能源领域的共同挑战，与磁聚变能（MFE）建立密切的合作关系同样关键。
2022年3月，白宫科技政策办公室成功举办了一次公私部门聚变技术领导人峰会，并在会上制定了商业聚变能源的十年发展愿景。紧接着，在激光聚变技术成功突破点火阈值之后，科学家们于2022年2月在线召开了IFE未来发展规划的学术研讨会。会议基于90多篇白皮书，形成了一份具有强烈呼吁性的报告，该报告建议领域内的科学家围绕IFE的关键科学技术问题，根据近期和中长期的优先级，展开深入的前瞻性研究与评估。报告还特别针对激光聚变能源，提出了一系列需要优先开展的研究方向和领域的建议。
优先研究建议靶物理与点火物理的研究：持续推动激光等离子体不稳定性（LPI）的抑制与控制技术的创新，旨在深化对中等至高强度激光条件下LPI过程物理机制的理解。内爆过程，作为提升燃料面密度的核心环节，对于实现高能量增益至关重要。因此，揭示影响面密度增加的关键物理因素变得尤为迫切。在点火技术方面，不断探索和发展新型方案，如快点火等前沿技术，以期找到更高效、更稳定的点火方法；
激光系统研发：为了降低IFE实现过程中的风险，必须采取综合性的研发策略，特别是在驱动器技术方面。针对IFE演示装置对模块化驱动器技术和高频率激射的需求，应积极开发创新的激光驱动器概念，并制定长期且系统的研发计划。特别地，为了降低驱动器的成本，与私营部门建立紧密的合作关系至关重要，这将有助于共同探索和开发多元化的技术解决方案，实现成本效益与技术创新的平衡。
制靶技术研发：在推进规模化和批量化制靶技术的同时，还需研发高效化、系统化的送靶系统。该系统需要集成靶注入、靶定位以及靶状态维持等先进功能，确保靶标的精准投放与稳定维持。
电站综合系统研发
在IFE电站的综合性系统研发中，我们首先面对的是电站独特的脉冲工作模式，其中子以脉冲形式对第一壁等关键材料进行辐照。为了应对IFE的这一独特辐射特性，必须在中等规模的设施中，通过实验与建模相结合的方法，进行深入的科学研究。
在设计增殖与燃料循环系统时，这不仅是一个技术问题，更是一个需要多学科团队紧密协作的系统工程问题。靶物理、燃料循环和反应室设计团队之间的协同工作对于确保系统的高效与稳定运行至关重要，这要求团队之间实现无缝对接。
此外，电站的系统集成与整体设计需要一个专门的迭代综合设计团队来负责。这个团队将通过迭代优化的方式，对各种设计概念进行全面的可行性和潜力评估，以确保IFE电站在性能和可靠性方面达到最高标准。
交叉领域研究
在IFE领域的交叉学科研究中，理论和数值模拟正通过超级计算机、人工智能（AI）和机器学习（ML）等前沿技术得到加强，这些技术不仅显著提升了三维数值模拟的效率和准确性，而且促进了新物理模块的开发，以更全面地模拟ICF辐射流体力学中尚未包含的现象。
AI和ML的先进应用正在深入分析由高重复率装置产生的数据，这不仅增强了我们的预测能力，还帮助我们缩小了实验结果与模拟之间的差异，同时推动了替代性物理模型的开发。
诊断技术也正在进行全面升级，以提高对关键物理量的综合诊断能力，增强测量的空间和时间分辨率。针对高重复率和强辐射环境，开发了先进的诊断技术，确保了数据的准确性和可靠性。
为了支持IFE的全面发展，我们正在建立大科学基础设施平台，通过联合实验室、大学和私营部门的力量，进行系统性的集成研究，并利用这些研究成果对现有设施进行前瞻性的升级。
公私合作的深化也是推动IFE商业化的关键，通过建立合作伙伴关系，共同促进IFE技术的发展，并吸引更多的私人投资，为IFE领域注入新的活力。
最后，人才队伍建设是通过教育、公私合作和创新项目研发等多元化策略来实现的。我们强调“多样性”、“公平性”和“包容性”的重要性，以吸引和培养更多优秀人才投身于IFE领域，并与大学院系和私营部门合作，共同推动IFE的创新和发展。