美国合作建设聚变能高热通量测试设施

美国能源部(DOE)橡树岭国家实验室(ORNL)、Type One Energy和诺克斯维尔田纳西大学正在合作建立一个世界级设施，以推动美国创新并使聚变能更接近现实。

这个高热通量(HHF)设施位于田纳西河流管理局(TVA)位于东田纳西州的Bull Run能源园区，将评估材料在聚变装置极端条件下的反应。HHF设施将加速面向等离子体组件(PFCs)的开发——这些组件在聚变能装置中承受最严酷的运行条件——并使私人和公共实体能够对聚变示范电站设计中使用的材料进行鉴定和验证。

该设施将是美国同类设施中的第二个，也是目前最强大的一个，能够复制聚变装置中存在的高热通量。它也将是国内唯一包含加压氦气冷却的设施，氦气是美国许多聚变概念的首选冷却剂。

“这种突破性科学、行业创新和学术领导力的独特合作将催生一个对国家实现商业聚变成功至关重要的设施，”橡树岭国家实验室主任Stephen Streiffer表示。“随着橡树岭走廊继续作为核能和聚变能发展的中心，ORNL很高兴能在聚变未来的这一关键下一步中发挥作用。”

[图片：这是Type One Energy高热通量设施的渲染图。显示了高温氦气回路（左侧）和真空容器（中心）。来源：Type One Energy]

该项目将利用能源部科学办公室内聚变能科学项目的投资、Type One Energy和田纳西州的资金。该设施将建在TVA位于克林顿的Bull Run能源园区，这是Type One Energy的Infinity One仿星器试验台（目前正在开发中）的所在地，也是首个Infinity Two聚变电站的潜在地点。

“这次合作以及TVA Bull Run园区的高热通量设施进一步提升了该地区作为聚变创新领导者的声誉，”Type One Energy首席执行官Christofer Mowry表示。“DOE、ORNL和UT在推进美国商业聚变领域方面发挥着重要作用。”

该设施将利用东田纳西州在聚变材料和技术方面已投入的大量投资，包括UT在聚变材料设计方面的专业知识、ORNL的聚变材料开发计划、材料表征能力以及制造示范设施。

聚变发展园区

克林顿园区将通过ORNL、Type One Energy、UT和TVA之间的项目发挥聚变发展园区的作用，并进一步补充这些机构之间正在进行的研究合作，巩固东田纳西州作为聚变研究区域中心和未来聚变电站PFCs及其他先进组件制造中心的地位。

“看到科学和创新汇聚，朝着美国商业可行的聚变产业迈进，令人兴奋。我们非常期待从这些合作伙伴关系中汲取见解，并实现实际影响，使聚变成为未来的可行能源，”ORNL聚变与裂变能源和科学理事会临时副主任Joe Hoagland表示。

该设施满足了能源部聚变科学与技术路线图中确定的关键需求，即提供国内HHF能力，以增进对材料在约束比太阳还热的等离子体时的性能和寿命极限的理解。该项目补充了目前正在建设的ORNL材料等离子体暴露实验(MPEX)，该实验将回答关键的等离子体-材料相互作用科学问题，并帮助开发用于PFCs的坚固材料。

合作团队的目标是使用电子束技术，在子组件表面实现超过10兆瓦/平方米的稳态热负荷——类似于某些火箭发动机内部的热通量。高热通量设施还将因其包含加压氦气冷却而具有新颖性，氦气是聚变装置（包括Type One Energy的Infinity Two聚变电站概念）的首选冷却剂候选者，因为它具有高最高工作温度、在典型聚变条件下的稳定性以及与覆盖层组件的化学惰性。

田纳西大学核工程系主任、UT-ORNL州长讲座教授Brian Wirth表示：“UT很高兴能与Type One Energy和ORNL扩大合作，在东田纳西州建设这个高热通量设施。这种合作伙伴关系和设施将使我们的学生和教师能够为支持聚变能并网部署的材料和技术开发做出贡献，并提供研究和职业机会。

“这是扩展我们独特的东田纳西州核生态系统的又一个机会，该生态系统得到了当地社区和公私合作伙伴关系的大力支持，以促进先进裂变和聚变能的持续发展和扩展，”Wirth表示。

项目的下一步是最终确定设计、开始采购和启动组装。TVA目前正在为设施准备场地，项目预计于2027年底完成。

ORNL致力于通过推进各种经济、丰富和有竞争力的核技术以及加强国家安全的战略研究来支持美国的能源需求。该实验室的科学专业知识和世界级设施通常是推进核能创新的第一步。

UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL，科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们时代一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息，请访问energy.gov/science。

——本内容由美国能源部/橡树岭国家实验室提供。