取少量氢气，然后用激光束将其爆炸，从而引发小规模的热核爆炸。
如果做得好，你或许就能解决世界能源需求问题。
一小部分创业公司已经开始了这一探索，并在这一主题上做出了自己的变化:
不同的激光，不同的技术来触发核聚变反应，不同的元素来聚变。
并购行业协会(Merger Industry Association)的首席执行官安德鲁?霍兰德(Andrew Holland)表示:“这方面的增长非常迅速。”该协会是一个倡导加快核聚变发展政策的行业组织。
去年12月，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的国家点火装置(National Ignition Facility，简称NIF)报告称，它创造了一种激光诱导聚变爆发，产生的能量超过了入射激光。图片来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室
私营企业承诺快速创新，但这是一个巨大的、昂贵的、沉重的政府项目取得的突破，激发了对激光聚变的广泛关注。
去年12月，经过多年的努力，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的国家点火装置(National Ignition Facility，简称NIF)宣布，它终于实现了它的中间名:点火。
世界上第一次，激光诱导的核聚变爆发产生的能量超过了入射激光提供的能量。
“我们对NIF的结果感到非常兴奋，”美国能源部内部聚变能科学项目负责人克莱默·阿克利(Kramer Akli)说。
十年前，美国国家科学院(National Academy of Sciences)的一份报告发现，有很多理由对激光核聚变的能量潜力感到满意，但建议美国推迟大规模投资，直到实现点火。
那就是现在。
MFRS目标区域的操作人员在日常维护期间检查最终的光学组件。在被称为间接驱动的NIF方法中，激光束不会直接影响氢燃料。照片:Jason Laurea/劳伦斯利弗莫尔国家实验室
太阳通过将氢原子聚变成氦而产生热和光。
在地球上利用这一现象可能会带来丰富的能源，而不会产生导致地球变暖的二氧化碳或长寿命的放射性废物。
70多年来，核聚变研究主要集中在被称为托卡马克的反应堆中模拟太阳内部，它将过热的氢气困在强磁场中，让原子碰撞和聚变。
聚焦能量法使用脉冲。第一个是压缩燃料颗粒。第二个激光脉冲产生一束质子，与坍缩的粒子碰撞，引发核聚变。图片:聚焦能源
NIF提供了另一种可能性。
它的主要目的是帮助核查核爆炸的计算机模拟，因为一项条约禁止用实际的核武器进行试验。
但NIF的第二个目标是探索该技术可以用于提供丰富和清洁能源的可能性。
直到两年前，NIF才实现了它的目标。
但在2022年12月，一次爆炸终于越过了点火的门槛。
能源部长詹妮弗·格兰霍姆在宣布成功的新闻发布会上说:“很简单，这是21世纪最令人印象深刻的科学壮举之一。”
聚焦能源公司使用固态激光的聚变反应堆示意图。图片:聚焦能源
7月，利弗莫尔重复了这一壮举，产生了更多的电力。
来自其他机构的科学家也加入了利弗莫尔研究人员的行列，包括华盛顿的海军研究实验室和纽约罗切斯特大学的激光能量实验室。
虽然这些机构的激光不足以产生核聚变，但它们使科学家能够研究一些科学基础，并在更小的范围内完善他们的概念。
能源部的Akli说:“在科学技术方面还有很多工作要做。”但他补充说，他没有看到任何阻碍进步的障碍。
“我们无法预测时间表，但我非常乐观，”他说。
私营企业也在启动，科学家们也在跟进。
Debra Callahan在Livermore NIF工作了20多年。
他在2021年8月参与的一项实验取得了突破。
虽然没有点火，但释放的聚变能大大增加，很明显，爆炸产生了大量的粒子，加热了周围的氢，引发了额外的聚变反应的级联。
为了庆祝，卡拉汉在他的左前臂上纹了一个纹身:画了一个太阳，里面有一个无穷大的符号。
他也离开了利弗莫尔。
卡拉汉目前是激光聚变初创公司聚焦能源公司的高级科学家。
他说:“对我来说，下一个巨大的挑战是:试图产生核聚变能。”
“我希望我的女儿和她未来的孩子们能看到更多的清洁能源。”
自今年年初以来，能源部就NIF的基础科学成果与商业并网激光聚变工厂之间的技术挑战向学术界和工业界征求意见。
该机构已经为一些初创企业提供了适度的奖励，以开始设计这样一个工厂的外观，并试图资助机构联盟来解决激光聚变研究的各个方面，例如能够高速发射的高功率激光器和可以以低成本批量生产的燃料目标。
位于加州奥林达的Longview聚变能源系统公司采用了最简单的策略:
直接复制NIF方法，但使用更现代的组件。
该公司首席执行官爱德华?摩西(Edward Moses)表示:“我们最高兴的是，我们所做的事情的基础已被证明是坚实的。”
摩西领导了NIF的建设和早期运作，该项目于2009年开始发射激光。
摩西说，在那段时间里，利弗莫尔花费了1亿美元开发了一种基于NIF的商业发电厂的设计。
摩西说:“它经过了八家主要公用事业公司的审查。
“所以这是我们的一项资产。”
朗维尤设计的关键改进将是激光。
NIF的激光很强大，但效率很低。
NIF每次从电网中获取的能量中，大约有1%转化为激光。
此外，激光每周只能发射大约10次。
Longview打算使用半导体行业的二极管驱动激光器，这种技术的产出率可以达到20%，每秒发射多次。
然而，摩西也有他的批评者，他们回忆起他在NIF掌舵人的时候，说他承诺并夸大了能源潜力。
一些人也怀疑NIF点火方法是未来。
在被称为间接驱动的NIF方法中，激光束不会直接击中氢燃料。
相反，它们会湮灭周围的一个大小和形状像铅笔橡皮擦的金圆柱体。
这会产生一束x射线，压缩一个含有一层氘和氚的圆形小球，氘和氚是氢的最重形式。
问题是产生x射线的额外步骤浪费了激光的大部分能量。
康奈尔大学(Cornell University)核工程教授大卫·a·哈默(David a . Hammer)曾在NIF顾顾团任职，他说:“间接驱动不会成为惯性聚变发电设施的基础。”
相反，一些人，包括海军研究实验室的一些人，想尝试直接驱动，用激光直接内爆氢球，这是一种更节能的方法，可以产生更多的能量，在经济上可能更可行。
斯蒂芬·奥本沙因(Stephen Obenschain)领导海军研究实验室的激光聚变项目已有20多年，他去年离职，成立了一家直接驱动聚变公司LaserFusionX。
美国海军研究实验室的研究人员一直在推动使用一种使用氩气和氟化物气体产生紫外线激光的激光器。
根据他们的计算机模拟，中等功率的氩氟激光器可以产生能量增益——聚变能量输出除以入射激光能量的比率——100或更多。
(NIF在7月份的爆炸式增长为1.8。)
如此高的能源收益可以使发电厂比其他人预期的更小、更便宜。
激光通过同步排列光波来获得能量。
但这也使得激光难以提供均匀的照明，从而导致不均匀的挤压。
“我们走向了相反的极端，试图把它变成部分非相干光，”奥本沙因解释说。
Obenschain说，氟化氩激光可以更均匀地照射，从而减轻氢内爆时的不稳定性。
他说，海军实验室的一个激光系统已经表明，它可以每秒发射五次，而将其加倍将是“一个微小的变化”。
Obenschain说，几年前他就开始考虑创办一家公司，因为他看到数十亿美元的风险投资家通过传统的托卡马克合并方式涌入公司。
“所以，突然之间，似乎出现了一个机会，”他说。
利弗莫尔的成功有助于说服投资者，激光核聚变不仅仅是一个幻想。"毫无疑问，NIF的触发有助于卖出，" Obenschain表示。
“我认为我们可以在大约16年的时间里从一个起点发展到一个反应堆。”
另一家初创公司，加州红木城的ximer能源公司，计划使用氟化氪气体激光器，但能量要高得多——最终一个系统发出的能量大约是NIF激光器的两倍——并采用混合间接驱动方法。ximer建议使用间接的x射线脉冲来最初加热颗粒，然后直接用激光撞击它以启动聚变。
ximer的首席执行官兼联合创始人康纳?加洛韦表示:“它建立在NIF展示的基础上。
“相似燃料压缩，相似燃料点火热点收敛。”
卡拉汉现在工作的“聚焦能源”公司也计划使用多个脉冲。但是，和朗维尤一样，它将使用二极管驱动的固态激光器。
第一个脉冲压缩燃料颗粒，但不像NIF那样强烈。
第二个激光脉冲产生一束质子，猛烈撞击正在坍缩的粒子，引发聚变。
聚焦能量法比直接驱动法更复杂，但通过更平稳地压缩燃料，更容易避免不稳定。
“这是一种承诺，”卡拉汉说。
原子聚变成重元素的方法也不止一种。
澳大利亚悉尼的HB11能源公司计划利用硼和氢元素的核聚变。
这种氢硼聚变反应具有关键的优势。
硼储量丰富，易于获取。
相比之下，氚——其他大多数激光聚变概念所需的重氢形式——的半衰期只有12年。
因此，这些反应堆必须产生它们所使用的氚。
此外，氘和氚聚变产生的大部分能量以快中子的形式释放出来，这些快中子撞击反应堆，削弱了反应堆的结构，使其具有轻微的放射性。
氢硼聚变没有放射性意味着“我们所知道的核能的所有缺点都消失了，”HB11的总经理沃伦·麦肯齐(Warren McKenzie)说。
缺点是氢和硼很难融合。
“看待这个问题最简单的方法是，我们仍然有科学要做，”麦肯齐说。
“但如果我们能让科学发挥作用，我们的工程门槛就会低得多。”
慕尼黑的Marvel Fusion也在使用氢和硼，但方式不同。
它将这些元素与氘和氚混合，形成化学键，使燃料在室温下成为固体。
这就消除了在超低温下冷冻氘和氚的需要。
室温下的燃料可以让结构嵌入到目标中，作为微小的粒子加速器。
当激光击中时，建筑就会爆炸。
据路德维希·马克西米利安大学物理学教授、漫威公司首席科学家哈特穆特·鲁尔(Hartmut Ruhl)说，这是一种更好的启动核聚变的方式。
“燃料很容易达到极高的温度，”他说。
“快速压缩燃料也很容易。”
两家公司，英国牛津大学的附属公司First Light Fusion和弗吉尼亚州康提市的NearStar Fusion，并不打算使用激光。
相反，他们会将弹丸粉碎成燃料球，并利用冲击力将氢原子融合在一起。
“近星”在每次内爆时都增加了强大的磁场来保持热量。
美国能源部将向focus Energy和ximer Energy提供数百万美元的赠款，让它们提出一个试点发电厂的概念，这两家公司必须达到几个里程碑才能获得资助。
这种做法类似于美国宇航局与埃隆·马斯克(Elon Musk)的SpaceX公司签订开发猎鹰9号火箭和龙太空舱的合同。
Marvel Fusion宣布与科罗拉多州立大学建立公私合作伙伴关系，这将作为公司合并发展的试验台。
漫威将提供两台激光器，耗资5000万美元;该大学将斥资1亿美元建设周边基础设施。
漫威公司的首席执行官莫里茨·冯·德·林登说:“我们正在为科罗拉多工厂建造这些激光器——超短脉冲，超高强度——可以为这个特殊的概念提供动力。”
除了该大学的激光中心外，该设施也将供其他研究人员使用。
目前，竞争对手正在相互支持。
“我不认为这些核聚变的方法是竞争，”托德·迪特米尔说，他是德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学教授，也是聚焦能源公司的联合创始人。
“我希望我们都能成功。每个人都有足够的能源需求。”
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