受控核聚变技术是一个可以从相对较少的燃料中产生大量能量的过程，使其成为一种有吸引力的清洁和可持续能源的选择。多年来，美国在这一领域的研究和开发方面一直处于领先地位，并在推动该技术方面取得了重大进展。
美国受控核聚变研究的第一个里程碑是在1991年实现的，当时在一个被称为托卡马克核聚变试验反应堆（TFTR）的装置中产生了世界上第一个持续等离子体核聚变反应。这标志着一个重大进展时期的开始，导致了更大和更强大的实验，如国家点火设施（NIF），它于2009年完成。NIF能够产生超过100万焦耳的能量，这足以为一个小城市供电。
美国目前运营的最先进的实验性反应堆是位于加州圣地亚哥的通用原子公司（GA）的DIII-D托卡马克。该设施能够达到超过5000万摄氏度的温度，这是长期维持等离子体反应的必要条件。这种性能水平使DIII-D成为世界上最强大的核聚变装置之一，它已被用于推动对如何实现受控核聚变的科学理解，比以往任何时候都更进一步。
除了这些实验性反应堆之外，目前还有几个正在开发或建造的原型反应堆，打算用于商业用途。其中一个例子是洛克希德-马丁公司的紧凑型聚变反应堆（CFR），该反应堆自2014年以来一直在开发中，有可能为小城镇或船舶提供电力，而不排放任何温室气体或其他污染物。其他公司，如Tri Alpha Energy，也在研究他们自己的原型，目标是最终扩大技术规模，实现商业化。
国家点火设施（NIF）是位于美国加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的一个大型激光设施。NIF是世界上最大和最有能量的激光设施，能够达到比太阳核心所经历的温度和压力大100倍的温度和压力。它被用来研究惯性约束核聚变（ICF），这一过程有可能为子孙后代提供清洁、安全和几乎无限的能源。
惯性约束核聚变（ICF）依靠强烈的激光或粒子束将含有氢同位素混合物的燃料颗粒压缩到一个被称为 "点火 "的极高温度和压力状态。在点火时，核聚变反应发生，以热、光和辐射的形式释放出大量的能量。NIF的设计是为了精确控制这些条件，以便科学家能够详细研究核聚变反应，并为在地球上利用这种能源开发新技术。
NIF是由劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的一组科学家于1993年构思的，他们提议建立一个能够产生点火条件的大型激光设施。经过多年的规划、设计、建设和测试，NIF最终于2009年完成，总成本为35亿美元。施工开始于挖掘一个200万立方英尺的地下室--有史以来最大的地下结构之一--以容纳192个巨大的激光器，这些激光器呈八角形排列，围绕着一个中央目标室。这些激光器被设计用来在百万分之一秒内通过光纤将高达1.8兆焦耳（MJ）的紫外线照射到含有氢同位素（如氘和氚）的微小目标上，而且精度极高。
NIF配备了复杂的诊断仪器，包括X射线相机、伽马射线探测器、粒子光谱仪和其他先进系统，使科学家能够以前所未有的精度测量其实验内部的温度、密度、速度和其他物理特性。这种能力使来自世界各地的研究人员在过去十年中在ICF研究方面取得了重大进展，如果没有这样一个先进的设施，是不可能取得这种进展的。
NIF实验已被用于研究一些重要的课题，如辐射传输物理学，这对理解ICF的工作原理至关重要，以及研究极端条件下的新型材料，这可能会在ICF研究之外产生应用，如开发用于航空航天或医疗的新材料。此外，研究人员还利用NIF实验研究天体物理现象，如超新星爆炸和热核燃烧率，这可以为了解恒星如何形成和随时间演变提供宝贵的见解。
尽管取得了这些进展，在受控核聚变能够大规模地作为一种丰富和可靠的能源之前，仍有许多挑战必须克服。一些需要改进的关键领域包括提高反应堆效率、改进安全协议、降低成本和简化新反应堆的监管审批流程。此外，研究人员必须继续推动对如何最好地控制等离子体反应的科学理解，并确保它们在很长一段时间内保持稳定，而不会一次释放过多的能量或损坏反应堆本身的部件。
在地球上尚未使用像NIF本身所采用的现有技术来实现点火--但它仍然是科学家们的一个重要目标，他们相信，如果有一天能在地球上安全和可持续地实现点火，它将彻底改变全世界的能源创造和使用方式。凭借其无与伦比的精确控制核聚变反应所需的极端温度和压力的能力，国家点火设施仍然是推动这项技术实现其最终目标的重要基石：为所有人类的需求永久提供清洁能源。