美国七十年来做过无数次的核聚变试验，有成功当然也有失败。但以核聚变发电为目标的著名的美国国家点火设施最后还是下马了。
美国国家点火装置National Ignition Facility（NIF）一度是美国科技的象征，是美利坚的骄傲，然而这个当时耗资数十亿美元、历时十余年建设的大科学设施，在历经几次续命后，最终于2012年9月宣告点火失败。
（美国国家点火装置National Ignition Facility）
NIF失败主要有资金、设计、技术和管理不善等几方面的原因。
核聚变发电的梦想
自从1951年5月人类爆炸第一颗氢弹的那一刻起，科学家们就对氢这种神奇的气体产生了浓厚的兴趣，他们幻想着有一天能够像太阳那样源源不断地生产出大量的热能用来发电，并且不受强烈核辐射的困扰。
爆炸一颗氢弹容易，想要驾驭氢，让它按人类的要求持续稳定地释放光和热却是一件极其困难的任务，以至于近七十年过去后的今天，科学家们依然无法实现长时间稳定可控的核聚变目标。
核聚变的原理很简单，就是模拟太阳和大多数恒星那样，对氢气或氢的同位素氘和氚施加极高的压力的温度，迫使它们带正电的原子核融合在一起，成为氦这样更大的原子核，在这个过程中，原子会释放巨大的热量。
（氘-氚核聚变）
太阳是一颗由73.46%的氢和24.85%的氦构成的恒星，它的直径有139万公里，质量约为地球的33万倍，在其拥有3000亿个大气压和1500万度高温的内核，每秒钟有近6亿吨的氢原子被压在一起变成氦，同时每秒有约400万吨的物质被转化为巨大的能量。
（太阳内部结构）
我们在地球上很难实现3000亿个大气压这样高的压强，需要用更高的温度来弥补压力的不足，促成氢原子核之间的融合。科学家们估算，我们需要将氢加热到1亿度以上的高温，才有可能让处于离子态的氢原子聚变成为氦，这个过程需要消耗巨大的能量。由于核聚变的过程中能产生更多的能量，所以用它来发电是合算的。
目前世界上已知的可控核聚变装置主要有两类，一类是我们国家最近试验成功的高温超导托卡马克磁约束装置；另一类是惯性约束，其中具有代表性的就是我国的神光系列，和美国国家点火装置。
（托卡马克磁约束装置）
托卡马克装置的原理是制造一个巨大的电磁环状管道，将其内部的核燃料加热到极高温度，使其成为高温离子体，通过控制离子体的密度来实现融合；而美国国家点火装置（NIF）则是通过向填充了氘氚的小球发射高能激光束，来促使其瞬间达到极高的温度和压力，以达成核融合的目的。
（圆环中间的小珠是美国国家点火装置的氘氚聚变靶）
美国国家点火装置诞生
关于运用惯性约束的激光点火，实际上早在1970年左右就已经被美国核物理学家和核武器设计师Ray Kidder提出了，之后在劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国国家科学院和能源部的科学家们十多年的争论之后，美国国会众议院批准能源部投资建设NIF，预算投资11亿美元（当时的11亿美元是挺大一笔钱）。
1996年，美国国家点火装置在位于加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室开始建设，工程进行过程中因为技术和管理问题经历多次波折。到2002年NIF的工程造价已经上升到28亿美元，直到2009年6月才开始第一次激光打靶试验，这时他们已经花掉了超过35亿美元，2010年10月才宣布建设完成。从这以后，国会每年要为国家点火装置拨付超过4.5亿美元用于试验，据审计委员会估计NIF总共花费要超过80亿美元。
（时任州长施瓦辛格参观NIF）
一个如此昂贵的设施，它是怎么工作的呢？
国家点火装置的目标，是用激光打一个直径只有大约2毫米的小小胶囊，这个小米模样胶囊里密封着微量温度为-255°C氘和氚的混合燃料。
（存放氘氚胶囊的金属腔体）
为了使小胶囊里的氘和氚达到核聚变所需要的温度和压力，科学家们需要在几十亿分之一秒内将192束强红外激光同时均匀地照射到这个小胶囊上，传递到目标的峰值UV功率达到500TW。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室预计这192束激光所产生的20M焦耳的能量如果能够同时非常准确地作用在这粒含有氘氚混合物的胶囊上，将给它施加约3000亿个大气压的压力和420K焦耳的热量，由此激发的核聚变将产生约100-150M焦耳的能量，这相当于11公斤TNT发生爆炸。
（激光约束核聚变反应过程）
为了承受巨大爆炸的冲击，科学家们设计了一个巨大的钢球，它由多块厚重钢板拼接成直径10米、重达130吨的“靶室”，在钢球各个方向钻了数百个孔来安装激光枪和其它设备，以确保192束高能激光能从各个不同的角度均匀准确地照射。
（工人正在安装靶室厚重的钢制外壳）
科学家们需要解决的另一个问题，是如何才能让所有的激光在几皮秒的时间内从各个方向照射到同一个点，因为激光所走的路径不同，所以它们到达目标所用的时间也有差异。如果有几束激光照射到目标的时间稍有偏差，小珠子所受的力就不均匀，它要么达不到聚变所需要的压力，要么会炸偏，造成点火失败。
设计国家点火装置的科学家们希望达到这样的目标：在1分钟内连续爆炸1000颗这样的小珠子，从而实现将聚变能量用于发电的目的。
理想很丰满，现实却总是很骨感。
科学家们从2009年折腾到2012年，没有一次完成真正的核聚变。其中一个问题似乎是太多的激光从胶囊中散射了回来。另一个原因是他们不能做到让所有的激光在同一时刻照射到目标，导致小珠子被不对称地挤压，这降低了其中心的压力。不对称性也导致氢同位素混合不均匀，降低了颗粒的温度。
（激光引起核聚变爆炸瞬间）
因为无法解决因设计缺陷而导致的激光对焦不准和时间不同步，2012年9月，国家点火试验宣告失败，国家点火装置改变用途。
NIF借尸还魂
事实上，美国建造NIF主要目的不是为了和平利用核能来验证核聚变发电的可行性，它更重要的用途还是用来研制和发展氢弹。因为在1996年前后，冷战已经接近结束，美国也正在进行“全面禁止核试验条约”的谈判，一旦加入这个条约，美国将不能再进行大气层或地下核试验，而国家点火装置正是将氢弹试验小型化的一种手段。以科学研究为幌子的小型核爆炸试验不受条约限制，也没办法受到监管。所以在点火试验失败后，这个世界上最强大的激光设施被迅速转向了军事用途，转而为美国国家核安全管理局（NNSA）模拟核武器内部条件的实验提供数据支持。
（点火失败后，NIF由核电站研究转向核武器试验研究）
单从验证氘氚核融合与未来建设核聚变电站的角度出发，目前中国正在做的高温超导托卡马克装置是更合理也更容易实现的发展方向。美国国家点火装置的失败与其说是资金、设计和技术原因导致，倒不如说这是惯性约束核聚变在民用领域失败的必然。
（位于合肥的托卡马克装置已经实现了1亿度以上的连续点火）
