聚变能源：从愿景走向实践的技术路径

过去十年间，聚变能源已从科学愿景坚定地迈向成为一项新兴能源技术的可信路径。得益于长期的联邦支持，我们在等离子体物理学基础理解方面取得了显著进展——这是聚变装置核心的超热气体行为研究。这些知识将使我们能够在未来电站所需条件下创造和控制聚变燃料。我们在国家点火装置和欧洲联合环上的突破性进展正是这一进步的例证。

特洛伊·卡特

赋能技术方面的进步，如高场超导磁体和高中均功率激光器，也从根本上改变了可实现的目标。这些发展共同增强了投资者的信心，释放了前所未有的私人投资，并催化了一个新兴的聚变产业，该产业目前正在建设示范设施，并为同类首创电站奠定技术基础。

聚变初创企业正以快速步伐推进，发展涵盖磁约束、惯性约束和混合系统的多种概念。重要的是，这一进展并非完全闭门造车。商业聚变概念的物理和技术基础正越来越多地在同行评审文献中发表，这增强了科学界和工程界的信心。公私合作伙伴关系，包括通过能源部聚变里程碑计划提供的支持，正在帮助将私营企业的雄心与国家能力相结合，在保持严谨性的同时加速进展。

来自Oak Ridge美国国家实验室嵌套球床覆盖层（NesPeB）概念的部件模型，该设计在第一壁后的气冷床中使用填充锂陶瓷氚增殖颗粒的铍化物壳层。该设计利用天然锂提供了优异的热传递和高氚增殖比。（图片来源：Vittorio Badalassi/ORNL）

Oak Ridge美国国家实验室破碎弹丸注入实验中的碎片羽流。在Oak Ridge美国国家实验室开发的破碎弹丸注入技术已在全球聚变装置上部署，并将为ITER的破裂缓解系统设计提供参考。（照片：Trey Gebhart/ORNL）

然而，正如我最近在国会听证会上与学术界和工业界合作伙伴讨论的那样，我们必须清醒地认识到还有哪些工作有待完成。要实现可靠、经济和可部署的聚变电站，仍须填补科学和技术方面的重大空白。认识到这一点，能源部最近发布了一份全面的聚变科学与技术路线图，该路线图基于近期的战略规划工作，并规划了前进路径。这份路线图强调了需要持续推动等离子体物理学的进步，开发能够承受强中子通量和热负荷的材料，以及在赋能技术方面取得进展。在这些挑战中，聚变覆盖层——需要在提取热量的同时增殖氚燃料——是最关键和最复杂的部件之一。解决这些空白将需要持续投资、协调一致的研发工作，以及能够复现聚变相关条件的新试验设施部署。

新兴的聚变产业设定了雄心勃勃的时间表，如果我们能有效地围绕这些目标协调行动，这些雄心将是一种资产。为了取得成功，并使美国抓住引领全球聚变产业的机遇，我们必须共同努力。合作伙伴关系是关键。私营公司、国家实验室和大学之间的合作汇集了急需的创新、基础设施和人才。同样重要的是与州和地方政府、区域机构以及经济发展组织的合作，这些组织可以帮助将聚变发展扎根于社区。

“全员参与”不是一句口号——而是一项要求。建立所需的研发工作以及必要的试验设施，将需要一个协调的国家方法。与此同时，我们必须投资于劳动力发展——培训能够建设和支持近期示范项目和首批聚变电站的科学家、工程师、技术人员、技工和操作员。聚变还需要新的和扩大的供应链，从超导体的先进制造到专用材料和部件。这种国家方法的一个好处是，通过在国内建立这些能力，我们将增强美国的竞争力和韧性。

我们还应该利用聚变和裂变之间的强大协同效应。核裂变界——涵盖工业界、学术界和国家实验室——在直接与聚变相关的领域拥有数十年的经验，包括熔盐、材料科学、中子学和核工程。聚变将极大受益于这些专业知识，许多研究人员和机构已经在两个领域都有贡献。

同时，聚变和裂变是不同的技术，具有不同的运行原理、安全特性和监管需求。核管会决定对聚变采取与裂变不同的监管方式，反映了这一点，并为及时部署提供了重要基础。聚变无疑将从与裂变界的紧密联系中受益，但它也需要独特的声音，以确保其独特的特性和机遇得到充分认识。

最终，聚变和裂变不是竞争者——它们是互补的解决方案。满足快速增长的全能源需求将需要所有可行的能源。聚变和先进裂变共同提供了丰富、可靠和变革性能源的承诺。随着持续进展、强有力的合作伙伴关系和坚定的承诺，聚变可以从承诺走向实践——并帮助塑造一个更加繁荣的能源未来。

特洛伊·卡特是Oak Ridge美国国家实验室聚变能源部主任。