惯性约束聚变[1]（inertial confinement fusion）是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应的一种方法。其基本思想是：利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料（氘、氚）形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。由于这种核聚变是依靠等离子体粒子自身的惯性约束作用而实现的，因而称为惯性约束聚变。详细介绍了其理论依据以及技术原理、实现惯性约束聚变的关键技术以及在我国的发展状况。

在地球上实现受控热核聚变反应, 将可能为人类提供丰富、经济、安全的能源. 惯性约束聚变(ICF)是实现受控热核聚变很有希望的途径之一, 它是通过内爆对热核燃料进行压缩, 使其达到高温高密度，在内爆运动过程中惯性约束下实验热核点火和燃烧,从而获取聚变能的方法. 激光聚变是用激光作为驱动源的. ICF 领域研究工作的开展无论对国民经济、军事应用, 还是对于基础研究探索都有着重要而特殊的意义。ICF 早已成为当代重大而难度大的国际高科技研究课题, 为了演示点火和聚变燃烧, 世界各地都在进行兆焦耳激光器拍瓦激光器高重复率能量驱动器的运转和建造, 美国于 2009 年建成国家点火装置(NIF)[2], 法国正在加紧建造兆焦激光装置(LMJ)。

ICF 的基本思想是[3]: 利用激光或离子束作驱动源,脉冲式地提供高强度能量,均匀地作用于装填氘氚(DT)燃料的微型球状靶丸外壳表面, 形成高温高压等离子体, 利用反冲压力, 使靶外壳极快地向心运动,压缩氘氚主燃料层到每立方厘米的几百克质量的极高密度, 并使局部氘氚区域形成高温高密度热斑, 达到点火条件(离子温度 Ti>5 keV, 燃料的面密度ρRhs>0.3 g/cm2), 驱动脉冲宽度为纳秒级, 在高温高密度热核燃料来不及飞散之前, 进行充分热核燃烧, 放出大量聚变能. 采用激光产生的惯性约束聚变称为激光聚变. 利用激光产生驱动惯性约束聚变内爆需要的能流和压强可采用两种途径。在直接驱动中,多束激光束直接均匀辐照含有热核燃料的聚变靶丸,激光能量被靶丸外层低密度的冕区中的电子吸收,电子热传导将能量输运到靶壳的高密度区, 驱动烧蚀并产生内爆. 在间接驱动中, 激光能量被围绕靶丸的黑腔壁高 Z 物质吸收并部分转换成 X 光能量, 并被约束在黑腔内, 然后 X 光被燃料的靶丸吸收, 产生烧蚀压力, 驱动内爆。

我国惯性约束聚变的发展
国内自 2000 年以来的激光惯性聚变(inertial confmement fusion, ICF)实验研究进展[3], 主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验, 也对刚建成不久的神光 III 原型装置上的实验作简要介绍. 在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究, 进行了系列综合和分解实验, 获得的主要实验技术指标为: 黑腔峰值辐射温度超过二百万度; 辐射驱动 DT 聚变中子产额达 108和辐射驱动压缩 DD 燃料密度超过 10 倍液氘密度; 辐射不透明的样品温度接近 100 eV. 在神光 II 装置上得到这些结果表明国内在惯性约束聚变研究方面取得了显著的进步. 随着神光 III 原型装置建造的完成, 2007 年在该装置上进行了首轮物理实验, 开展了黑腔物理和辐射内爆物理实验, 首轮实验的成功说明神光Ⅲ原型装置已具备实验能力.

在惯性约束聚变中[4]，劳孙条件以靶丸的质量密度ρ与半径R的乘积ρR来表示（在磁约束中，劳孙条件通常以粒子数密度n和约束时间τ的乘积nτ表示）。惯性约束的劳孙条件是ρR>1克/厘米2或10千克/米2。惯性约束聚变靶丸能量增益因子Q定义成核聚变释放的能量En和驱动器提供靶丸的热能Ei之比：Q=En/Ei，它是衡量聚变释放的能量相对于驱动器提供的能量大小的一个重要参数。Q=1表示能量“得失相当”的条件。能量增益因子Q与ρR之间的关系由靶的燃烧百分比FB（靶丸内产生聚变的离子数占靶丸离子总数的百分数）来建立。在电子和离子温度相同并为10千电子伏时，Q≈300FB，其中：FB=ρR/[ 60(千克/米2)+ρR]

由上式可知，如果增加等离子体密度，就可增加燃烧百分比，即可提高能量增益。靶丸半径增加，也可提高增益，但驱动器的能量必须相应增加。
惯性约束的时间(τ)正比于以声速(сs)前进的稀疏波，从靶球（半径为R）边缘传播至中心所耗费的时间，亦即τ=R/4сs。在惯性约束聚变中，常以质量密度ρ与半径的积ρR替代磁约束中的劳孙数nτ。热核燃烧的燃耗（指氘氚燃料经聚变反应而“烧掉”的比例）依赖于ρR的取值。
在惯性约束聚变中，约束由聚变物质的惯性所提供，聚变反应必须在等离子体以高速（约108cm/s）从反应区飞散前的短暂时间（约10－10—10－11s）内完成。所以是一种以短脉冲方式运行的受控核聚变。
　　通常是采用聚焦的强激光束或高能的带电粒子（电子、轻离子或重离子）束，作为加热与压缩燃料靶丸的驱动器。所以，又可以将惯性约束聚变分为激光聚变和粒子束（电子、轻离子或重离子束）聚变。
　　惯性约束聚变研究的长远目标是建成聚变电站，探索受控热核新能源；因其能够产生与核武器中心相近的高能量密度状态，所以又有着较近期的军事上的应用目标，这是指在实验室中研究核武器物理并模拟核爆炸效应；另外，惯性约束聚变形成的高压、高温的物质状态，也能为这些极端条件下的物性研究提供可能。
　　早在1952年，就已成功地将惯性约束的方式应用于氢弹的热核爆炸；然而，利用激光或带电粒子束照射燃料靶丸而实现惯性约束聚变的建议，是到60年代初激光问世后才提出的。随后，由于调Q脉冲激光器的出现，开始了激光聚变的研究。在开始的前10年，还只是停留在简单地用激光提高物质的温度以达到产生核聚变反应的条件；1968年，苏联列别捷夫研究所的Η.巴索夫等首次报道从氘化锂平面型靶上获得了中子。直到1972年，美国利弗莫尔国家实验室的J.纳科尔斯等公开发表了高密度爆聚的理论，重点于是转向多束激光辐照微球靶的高压缩爆聚实验；激光聚变研究的规模也相应有了相当大的扩充。另外，在脉冲功率技术发展的基础上，70年代后又相继开始了相对论性电子束、轻离子束与重离子束聚变的研究。不过，与激光聚变已达到的水平相比较，它们都还处在发展的初期。
　　解决惯性约束聚变的科学现实性问题是以达到科学上的得失相当（即靶增益G=输出的聚变能/输入的驱动器能=1）并进一步实现高增益的聚变微爆为标志的。而建立实用性的热核反应堆则需要在此基础上进一步解决下述三项关键性的工程技术问题：即发展高效率、高重复率与低成本的高能驱动器；制造经济上有竞争能力的反应器（包括解决脉冲式强辐射引起的周期性疲劳与应力问题）以及建立实用的制靶工厂。
　　当前，惯性约束聚变仍处在研究有关的物理问题和验证科学原理的阶段。近期的目标是达到燃料的点火与科学上的得失相当。而关键性的点火－得失相当的实验还有待于更大型的驱动器投入使用与更先进的靶丸研制成功。

目前最可行的氦3核聚变