美國能源部啟動慣性聚變能項目

繼2022年勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的核聚變實驗里程碑之后，美國能源部正在建立新的科研中心，以便激勵私營部門在激光驅動氫燃料壓縮上取得進展。

2023年5月，美國能源部聚變能科學項目宣布公開征集專注于慣性聚變能（IFE）的提案。幾十年來，美國能源部一直支持通過壓縮小型氫燃料標靶來誘發核聚變的研究，不過那是通過核武器研究項目來實現的。去年勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室在激光核聚變點火實驗取得成功之后，人們對資助能源生成技術研發的興趣增加不少。

美國能源部預計將通過公開征集給予總共4 500萬美元的資助金，建立一系列IFE科學技術創新中心，這些中心在4年之內，每年會收到200萬至400萬美元的資助。能源部領導人提醒說，判定IFE能否成為一個實用的能量來源很可能需要用上幾十年時間，能源部的公開征集相應地規定研究中心的提案要聚焦于基礎研究。

IFE倡議是聚變能源科學計劃的一部分，該計劃正在為建造一個試驗性發電廠鋪平道路。譬如，計劃正在通過一個全新的“以里程碑為基礎”的募資倡議來加大私營核聚變企業對投資的支持。此舉剛剛授予了8筆資助金來支持試驗性核聚變工廠的各個構想，其中包括兩個IFE構想，并許諾隨著收到資助的公司取得進展，會給予他們更高金額的資助。然而，考慮到近期有關聯邦支出上的協商方向，美國國會到底會提供多少資金來推進科研？這點應該提出疑問。

核聚變科研資金的新推動力

通過能源部最新的IFE資助金來資助研究中心將涉及幾個目標，譬如深化對于燃料標靶物理學的認識，改善制造標靶的方法和迅速讓光束聚焦于標靶的方法。其他目標包括改善激光發射器和其他核聚變驅動器的“可伸縮性、模塊性、存活性、緊湊性和成本”，以及進行驗證“大規模設施上的高增益標靶設計”的實驗。

研究中心被進一步期望通過實習和交換方案來為培養IFE勞動力作出貢獻。每份研究中心提案可能包括多家機構，但會有一家機構充當領導者，該機構必須以美國為基地，并已經在慣性核聚變方法上“展現經驗”。

美國能源部的公開征集是一項名為“IFE科學技術加速研究（IFE-STAR）”的新舉措的第一步，該舉措履行了《2018年能源部研究和創新法案》中的國會指示。美國國會已經要求能源部每年在IFE上花費2 500萬美元，同時為核聚變能源科學計劃整體設立10億美元以上的撥款目標。今年，美國國會已經給該計劃撥款7.63億美元。

除了國會的指示外，2013年美國國家科學院的一份報告將點火里程碑確定為發起“全國性、相互協調、基礎廣泛”的IFE項目的最佳時機，這一事實也增加了美國能源部支持IFE項目的動力。在最初提出僅僅撥款300萬美元之后，美國能源部在本財年將給IFE調撥最高達到1 000萬美元的資金，但能源部打算讓撥款保持在相對有限的規模，要求在2024財年給付1 500萬美元，作為整個聚變能科學計劃所要求的超過10億美元撥款的一部分。

國會推動核聚變技術發展

批準IFE項目是美國國會為聚變能科學勾勒出的更寬泛方向轉變的一部分。推動的其他舉措包括基于里程碑的項目、擴大未來核聚變反應堆所用材料的研發工作，以及對于脫離基于托卡馬克的聚變能生成主流方法的另類構想的支持。

美國國會對這種研究方向變化的高層支持者之中，有一位是眾議院科學委員會高級委員洛夫格倫，她的選區靠近利弗莫爾，她也一直在督促能源部加速實施新的核聚變研究。在近期的一次聽證會上，洛夫格倫稱贊能源部的10億美元撥款要求和IFE公開征集。能源部長格蘭霍姆是在一次勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室慶祝實現激光核聚變的活動上宣布上述舉措的。洛夫格倫說：“我只是在尋思，既然我們已經成功實現點火，我們是否應該在該領域的研發上想得更廣闊。”

新進入國會的能源小組委員會主席布蘭登 · 威廉斯（Brandon Williams）也提出核聚變需要更多聯邦資金。他說道：“在我看來，商業合作伙伴、私營合作伙伴在核聚變產業中似乎已經被落在后頭，相比于其他能源，他們得到的聯邦資金并不充足。”

補充私營資本的里程碑項目

根據核聚變產業協會的數據，目前核聚變領域的私營投資遠遠超出聯邦的支持，到2022年為止總計達到47億美元。能源部的基于里程碑項目是該部門支持私營企業的首個主要舉措，最初的撥款總計4 600萬美元，涵蓋8家公司。其中一家企業聯邦聚變系統公司已從風險投資基金募集到超過20億美元，計劃建造一臺緊湊型托卡馬克裝置，先實現點火，再演變為一臺發電反應堆。另一筆撥款流向英國公司托卡馬克能源的美國子公司。托卡馬克能源公司和聯邦聚變系統公司相似，正在迅速推進緊湊型托卡馬克裝置的設計研發工作。

其他6家收到撥款的公司的核聚變構想研發進度較慢，其中包括致力于IFE設計方案的Xcimer能源公司和聚焦能源公司。兩筆撥款流向仿星器構想，仿星器與托卡馬克裝置類似，但使用更加復雜的幾何構造。剩下的兩筆撥款支持了一個Z-箍縮（Z-pinch）系統和一個“緊湊型磁性鏡”方法。格蘭霍姆在宣布這些撥款時說道：“通過資助這些豐富多樣的科研項目，我們的最終目標是想讓最好的解決方法登上頂峰，幫助我們繪制出清晰的前進路線，將清潔的聚變能帶給美國的千家萬戶和企業。”

能源部已經要求在2024財年對于私營-公共聚變投資的支持資金增加到1.35億美元，主要是為了進一步支持那些公司實現新的技術和方案里程碑。

盡管有著國會對聚變能的支持，但在近期的美國債務上限談判中，這種資金增長不太可能實現，協商的結果是共和黨和民主黨同意在今后兩年保持非國防類可自由支配支出基本持平。

資料來源 Physics Today