本刊編譯整理

　　2022年12月5日，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）國家點(diǎn)火裝置（NIF）的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)向世界真正展示了激光核聚變的威力。強(qiáng)烈的激光脈沖射向胡椒粒大小的燃料顆粒，引發(fā)了聚變反應(yīng)，產(chǎn)生了三兆焦耳（MJ）的能量，相當(dāng)于一個(gè)普通美國家庭近一小時(shí)的耗電量。重要的是，這個(gè)強(qiáng)大的3兆焦耳的數(shù)字也比用于引發(fā)聚變反應(yīng)的激光能量高出50%：首次在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了聚變點(diǎn)火。

　　自這一引人注目的成果問世以來，核聚變能源產(chǎn)量持續(xù)上升，政府和私人投資基金也在不斷增加，以激光為基礎(chǔ)的核聚變初創(chuàng)企業(yè)競相建造反應(yīng)堆的數(shù)量也在不斷增加，這一切都為光子學(xué)帶來了好消息。德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所所長ConstantinHäfner在2019年之前一直在LLNL領(lǐng)導(dǎo)一些世界上最強(qiáng)大的激光系統(tǒng)的開發(fā)工作。在2025美國西部光電展上，他在LASE全會上發(fā)表了題為“激光聚變能的全球進(jìn)展及其對光子學(xué)市場的影響”的演講。

　　正如他所說：在NIF取得突破性成功的基礎(chǔ)上，激光慣性聚變能引起了人們的廣泛關(guān)注。我將探討其成就和對光子學(xué)的深遠(yuǎn)影響，以及非常多的行業(yè)機(jī)會。介紹光子學(xué)的成就和深遠(yuǎn)影響，以及非常多的行業(yè)機(jī)會。Häfner堅(jiān)信，激光聚變能為光學(xué)和激光技術(shù)領(lǐng)域的強(qiáng)勢企業(yè)帶來了變革性機(jī)遇。然而，一些不太明顯的機(jī)遇也在等待著我們?nèi)ププ?。激光核聚變的范圍已?jīng)超出了激光和光學(xué)領(lǐng)域，進(jìn)入了業(yè)界尚未完全認(rèn)識到的領(lǐng)域。

　　“建造聚變反應(yīng)堆需要先進(jìn)的材料工藝，例如制造能夠承受極端條件的部件，”他說，“激光增材制造尤其是特定合金的激光增材制造，在這方面也能帶來變革。激光可以精確地生產(chǎn)和改進(jìn)這些先進(jìn)材料。”在全會上，Häfner還探討激光聚變行業(yè)如何通過解決當(dāng)今的技術(shù)差距，建立一個(gè)強(qiáng)大的供應(yīng)鏈，并開拓“溢出”市場。他強(qiáng)調(diào)說：要想在未來10到15年內(nèi)建造出首座同類聚變發(fā)電站，我們需要一個(gè)能夠抓住這些機(jī)遇的行業(yè)。開發(fā)這些技術(shù)并帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展將需要相當(dāng)長的時(shí)間。

　　填補(bǔ)聚變空白

　　Häfner還曾擔(dān)任德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）的慣性聚變能源專家小組組長。該小組預(yù)計(jì)，在堅(jiān)定的承諾下，聚變發(fā)電廠將于2045年建成。但是，從現(xiàn)在到2045年之間，還需要填補(bǔ)許多技術(shù)空白，并建立有能力的供應(yīng)鏈。用于內(nèi)爆聚變?nèi)剂项w粒的脈沖高功率激光器仍需進(jìn)一步開發(fā)。這些激光器必須更加堅(jiān)固可靠，其壁插效率必須是現(xiàn)有系統(tǒng)的兩倍左右。今天的激光器可以提供一到兩個(gè)千兆位高功率脈沖，但聚變電站至少需要10千兆位才能滿足必要的可靠性要求。

　　就發(fā)電廠的反應(yīng)堆容器而言，需要開發(fā)能夠承受強(qiáng)大的中子、其他粒子和X射線輻射脈沖的材料。此外，還需要降低激光器、光子學(xué)和聚變靶等部件的制造成本。Häfner說：如果我們用現(xiàn)在的技術(shù)為發(fā)電廠建造聚變驅(qū)動激光器，其成本在經(jīng)濟(jì)上是沒有競爭力的。為了降低成本，我們需要在激光系統(tǒng)和光學(xué)元件生產(chǎn)方面進(jìn)行創(chuàng)新，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高度標(biāo)準(zhǔn)化。激光器的組裝也必須高度自動化，類似于現(xiàn)代汽車制造。

　　顯然，聚變工廠的生產(chǎn)速度與汽車生產(chǎn)線相比還有一定差距，但Häfner確信，行業(yè)的發(fā)展勢頭將有助于滿足對速度的需求。他指出，與行業(yè)伙伴合作的幾個(gè)慣性聚變能源項(xiàng)目已經(jīng)在解決激光聚變的痛點(diǎn)。例如，LLNL價(jià)值1600萬美元的STARFIRE Hub項(xiàng)目正在通過開發(fā)供應(yīng)鏈推動商業(yè)化進(jìn)程。與此同時(shí)，弗勞恩霍夫領(lǐng)導(dǎo)的價(jià)值1800萬歐元（約合1850萬美元）的PriFUSIO網(wǎng)絡(luò)匯集了眾多初創(chuàng)企業(yè)和知名企業(yè)，共同開發(fā)關(guān)鍵的激光架構(gòu)和組件。

　　由德國聯(lián)邦科學(xué)與技術(shù)部資助的DioHELIOS項(xiàng)目聯(lián)合了德國眾多光電企業(yè)以及包括弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所在內(nèi)的多家研究機(jī)構(gòu)，致力于提高激光慣性約束聚變中使用的激光二極管的功率和效率。Häfner說：我們看到了工業(yè)界的堅(jiān)定承諾。德國的每個(gè)項(xiàng)目征集都獲得了超額認(rèn)購，我認(rèn)為這是一個(gè)非常積極的信號，表明該行業(yè)正在獲得發(fā)展動力。

　　Häfner 還認(rèn)為，2024 年11 月在羅馬意大利外交與國際合作部舉行的世界聚變能小組首次會議上，許多國家發(fā)表的聲明表明，各國明確承諾將聚變能推向商業(yè)化。2024年11月在羅馬舉行的世界核聚變能源集團(tuán)成立大會上，許多國家都發(fā)表了聲明，明確承諾將核聚變能源推向商業(yè)化。會議匯集了來自公共和私營部門、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和國家實(shí)驗(yàn)室的利益相關(guān)者，強(qiáng)調(diào)了技術(shù)突破如何產(chǎn)生了工業(yè)動力，使在不久的將來部署核聚變工廠變得越來越有可能。

　　當(dāng)時(shí)，與意大利總理Giorgia Meloni 共同主持會議的國際原子能機(jī)構(gòu)總干事Rafael Mariano Grossi 說：“直到最近，核聚變能源還是一個(gè)遙不可及的夢想，但現(xiàn)在隨著私營部門的迅速參與和重大技術(shù)突破，核聚變的實(shí)現(xiàn)似乎指日可待。”Häfner 則預(yù)計(jì)，核聚變向市場的過渡將為世界各國提供“獨(dú)特的機(jī)遇”，使其在新能源市場上處于領(lǐng)先地位，并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。他還確信，伴隨而來的風(fēng)險(xiǎn)可以通過戰(zhàn)略性投資和創(chuàng)新性決策加以控制。

　　他說：聚變能源供應(yīng)鏈中最具變革性的應(yīng)用可能還不為人所知。為了抓住這些機(jī)遇，未來的投資決策需要考慮市場動態(tài)、技術(shù)潛力、可擴(kuò)展性、監(jiān)管框架和知識產(chǎn)權(quán)管理。他還提醒說，保持勢頭至關(guān)重要，我們所面臨的挑戰(zhàn)和最終的挫折都需要持續(xù)的承諾和韌性，以確保成功。

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