本刊編譯整理

　　2022年12月5日，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）國家點火裝置（NIF）的一項實驗向世界真正展示了激光核聚變的威力。強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，產(chǎn)生了三兆焦耳（MJ）的能量，相當于一個普通美國家庭近一小時的耗電量。重要的是，這個強大的3兆焦耳的數(shù)字也比用于引發(fā)聚變反應的激光能量高出50%：首次在實驗室中實現(xiàn)了聚變點火。

　　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，以激光為基礎的核聚變初創(chuàng)企業(yè)競相建造反應堆的數(shù)量也在不斷增加，這一切都為光子學帶來了好消息。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)導一些世界上最強大的激光系統(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展及其對光子學市場的影響”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的深遠影響，以及非常多的行業(yè)機會。介紹光子學的成就和深遠影響，以及非常多的行業(yè)機會。Häfner堅信，激光聚變能為光學和激光技術(shù)領(lǐng)域的強勢企業(yè)帶來了變革性機遇。然而，一些不太明顯的機遇也在等待著我們?nèi)ププ　＜す夂司圩兊姆秶呀?jīng)超出了激光和光學領(lǐng)域，進入了業(yè)界尚未完全認識到的領(lǐng)域。

　　“建造聚變反應堆需要先進的材料工藝，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)和改進這些先進材料。”在全會上，Häfner還探討激光聚變行業(yè)如何通過解決當今的技術(shù)差距，建立一個強大的供應鏈，并開拓“溢出”市場。他強調(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，我們需要一個能夠抓住這些機遇的行業(yè)。開發(fā)這些技術(shù)并帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展將需要相當長的時間。

　　填補聚變空白

　　Häfner還曾擔任德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）的慣性聚變能源專家小組組長。該小組預計，在堅定的承諾下，聚變發(fā)電廠將于2045年建成。但是，從現(xiàn)在到2045年之間，還需要填補許多技術(shù)空白，并建立有能力的供應鏈。用于內(nèi)爆聚變?nèi)剂项w粒的脈沖高功率激光器仍需進一步開發(fā)。這些激光器必須更加堅固可靠，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)電廠的反應堆容器而言，需要開發(fā)能夠承受強大的中子、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)和光學元件生產(chǎn)方面進行創(chuàng)新，同時實現(xiàn)高度標準化。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)伙伴合作的幾個慣性聚變能源項目已經(jīng)在解決激光聚變的痛點。例如，LLNL價值1600萬美元的STARFIRE Hub項目正在通過開發(fā)供應鏈推動商業(yè)化進程。與此同時，弗勞恩霍夫領(lǐng)導的價值1800萬歐元（約合1850萬美元）的PriFUSIO網(wǎng)絡匯集了眾多初創(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)邦科學與技術(shù)部資助的DioHELIOS項目聯(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)界的堅定承諾。德國的每個項目征集都獲得了超額認購，我認為這是一個非常積極的信號，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、學術(shù)界和國家實驗室的利益相關(guān)者，強調(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。

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

　　他說：聚變能源供應鏈中最具變革性的應用可能還不為人所知。為了抓住這些機遇，未來的投資決策需要考慮市場動態(tài)、技術(shù)潛力、可擴展性、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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