美國七十年來做過無數(shù)次的核聚變試驗，有成功當然也有失敗。題主應該問的是著名的美國國家點火設(shè)施為什么最后失敗了。
美國國家點火裝置National Ignition Facility（NIF）一度是美國科技的象征，是美國的驕傲，然而這個當時耗資數(shù)十億美元、歷時十余年建設(shè)的大科學設(shè)施，在歷經(jīng)幾次續(xù)命后，最終于2012年9月宣告點火失敗。
（美國國家點火裝置National Ignition Facility）
NIF失敗主要有資金、設(shè)計、技術(shù)和管理不善等幾方面的原因。
自從1951年5月人類爆炸第一顆氫彈的那一刻起，科學家們就對氫這種神奇的氣體產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們幻想著有一天能夠像太陽那樣源源不斷地生產(chǎn)出大量的熱能用來發(fā)電，并且不受強烈核輻射的困擾。
爆炸一顆氫彈容易，想要駕馭氫，讓它按人類的要求緩慢地釋放光和熱卻是一件極其困難的任務，以至于近七十年過去后的今天，科學家們依然無法實現(xiàn)長時間穩(wěn)定可控的核聚變目標。
核聚變的原理很簡單，就是模擬太陽和大多數(shù)恒星那樣，對氫氣或氫的同位素氘和氚施加極高的壓力的溫度，迫使它們帶正電的原子核融合在一起，成為氦這樣更大的原子核，在這個過程中，原子會釋放巨大的熱量。
（氘-氚核聚變）
太陽是一顆由73.46%的氫和24.85%的氦構(gòu)成的恒星，它的直徑有139萬公里，質(zhì)量約為地球的33萬倍，在其擁有3000億個大氣壓和1500萬度高溫的內(nèi)核，每秒鐘有近6億噸的氫原子被壓在一起變成氦，同時產(chǎn)生巨大的能量。
（太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)）
我們在地球上很難實現(xiàn)3000億個大氣壓這樣高的壓強，需要用更高的溫度來彌補壓力的不足，促成氫原子核之間的融合。科學家們估算，我們需要將氫加熱到1億度以上的高溫，才有可能讓處于離子態(tài)的氫原子聚變成為氦，這個過程需要消耗巨大的能量。由于核聚變的過程中能產(chǎn)生更多的能量，所以用它來發(fā)電是合算的。
目前世界上已知的可控核聚變裝置主要有兩類，一類是我們國家最近試驗成功的高溫超導托卡馬克磁約束裝置；另一類是慣性約束，其中具有代表性的就是我國的神光系列，和美國國家點火裝置。
（托卡馬克磁約束裝置）
托卡馬克裝置的原理是制造一個巨大的電磁環(huán)狀管道，將其內(nèi)部的核燃料加熱到極高溫度，使其成為高溫離子體，通過控制離子體的密度來實現(xiàn)融合；而美國國家點火裝置（NIF）則是通過向填充了氘氚的小球發(fā)射高能激光束，來促使其瞬間達到極高的溫度和壓力，以達成核融合的目的。
（圓環(huán)中間的小珠是美國國家點火裝置的氘氚聚變靶）
關(guān)于運用慣性約束的激光點火，實際上早在1970年左右就已經(jīng)被美國核物理學家和核武器設(shè)計師Ray Kidder提出了，之后在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、美國國家科學院和能源部的科學家們十多年的爭論之后，美國國會眾議院批準能源部投資建設(shè)NIF，預算投資11億美元（當時的11億美元是挺大一筆錢）。
1996年，美國國家點火裝置在位于加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開始建設(shè)，工程進行過程中因為技術(shù)和管理問題經(jīng)歷多次波折。到2002年NIF的工程造價已經(jīng)上升到28億美元，直到2009年6月才開始第一次激光打靶試驗，這時他們已經(jīng)花掉了超過35億美元，2010年10月才宣布建設(shè)完成。從這以后，國會每年要為國家點火裝置撥付超過4.5億美元用于試驗，據(jù)審計委員會估計NIF總共花費要超過80億美元。
（施瓦辛格州長參觀NIF）
國家點火裝置的目標，是用激光打一個直徑只有大約2毫米的小小膠囊，這個小米模樣膠囊里密封著微量溫度為-255°C氘和氚的混合燃料。
（存放氘氚膠囊的金屬腔體）
為了使小膠囊里的氘和氚達到核聚變所需要的溫度和壓力，科學家們需要在幾十億分之一秒內(nèi)將192束強紅外激光同時均勻地照射到這個小膠囊上，傳遞到目標的峰值UV功率達到500TW。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室預計這192束激光所產(chǎn)生的20M焦耳的能量如果能夠同時非常準確地作用在這粒含有氘氚混合物的膠囊上，將給它施加約3000億個大氣壓的壓力和420K焦耳的熱量，由此激發(fā)的核聚變將產(chǎn)生約100-150M焦耳的能量，這相當于11公斤TNT發(fā)生爆炸。
（激光約束核聚變反應過程）
為了承受巨大爆炸的沖擊，科學家們設(shè)計了一個巨大的鋼球，它由多塊厚重鋼板拼接成直徑10米、重達130噸的“靶室”，在鋼球各個方向鉆了數(shù)百個孔來安裝激光槍和其它設(shè)備，以確保192束高能激光能從各個不同的角度均勻準確地照射。
（工人正在安裝靶室厚重的鋼制外殼）
科學家們需要解決的另一個問題，是如何才能讓所有的激光在幾皮秒的時間內(nèi)從各個方向照射到同一個點，因為激光所走的路徑不同，所以它們到達目標所用的時間也有差異。如果有幾束激光照射到目標的時間稍有偏差，小珠子所受的力就不均勻，它要么達不到聚變所需要的壓力，要么會炸偏，造成點火失敗。
（鋁合金靶室內(nèi)層開了許多孔洞以安裝192個激光槍和其它設(shè)備）
設(shè)計國家點火裝置的科學家們希望達到這樣的目標：在1分鐘內(nèi)連續(xù)爆炸1000顆這樣的小珠子，從而實現(xiàn)將聚變能量用于發(fā)電的目的。
（NIF的目標是1分鐘引爆1000顆氘氚靶）
科學家們從2009年折騰到2012年，沒有一次完成真正的核聚變。其中一個問題似乎是太多的激光從膠囊中散射了回來。另一個原因是他們不能做到讓所有的激光在同一時刻照射到目標，導致小珠子被不對稱地擠壓，這降低了其中心的壓力。不對稱性也導致氫同位素混合不均勻，降低了顆粒的溫度。
（激光引起核聚變爆炸瞬間）
因為無法解決因設(shè)計缺陷而導致的激光對焦不準和時間不同步，2012年9月，國家點火試驗宣告失敗，國家點火裝置改變用途。
事實上，美國建造NIF主要不是為了和平利用核能來驗證核聚變發(fā)電的可行性，它更重要的用途還是用來研制和發(fā)展氫彈。因為在1996年前后，冷戰(zhàn)已經(jīng)接近結(jié)束，美國也正在進行“全面禁止核試驗條約”的談判，一旦加入這個條約，美國將不能再進行大氣層或地下核試驗，而國家點火裝置正是將氫彈試驗小型化的一種手段。所以在點火試驗失敗后，這個世界上最強大的激光設(shè)施被迅速轉(zhuǎn)向了軍事用途，轉(zhuǎn)而為美國國家核安全管理局（NNSA）模擬核武器內(nèi)部條件的實驗提供數(shù)據(jù)支持。
（點火失敗后，NIF由核電站研究轉(zhuǎn)向核武器試驗研究）
單從驗證氘氚核融合與未來建設(shè)核聚變電站的角度出發(fā)，目前中國正在做的高溫超導托卡馬克裝置是更合理也更容易實現(xiàn)的發(fā)展方向。美國國家點火裝置的失敗與其說是資金、設(shè)計和技術(shù)原因?qū)е?，倒不如說這是慣性約束核聚變在民用領(lǐng)域失敗的必然。
（位于合肥的托卡馬克裝置已經(jīng)實現(xiàn)了1億度以上的連續(xù)點火）
