美國能源部(Department of Energy，DOE)近期宣布成立了三個新的慣性聚變能源(inertial fusion energy，IFE)中心，并將在四年內為它們提供總計4200萬美元的資金。12月7日，通過選拔性評審確定的三個中心負責機構——科羅拉多州立大學(Colorado State University，CSU)、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)和羅切斯特大學(University of Rochester，UR)——都在這一天發布了新聞稿，宣傳他們的實驗設施、合作伙伴以及研究路線。

這一新計劃名為慣性聚變能源科學與技術加速研究(Inertial Fusion Energy Science and Technology Accelerated Research，IFE-STAR)，其資助的項目將整合國家實驗室、學術界和工業界的專業知識與能力，以推進IFE系統向前發展。對于這些中心，我們可以抱有什么樣的期待?

DOE的愿景

美國能源部表示，多機構、跨學科的中心將“在已有的突破性工作基礎”上繼續推進基礎科學與技術進步。這里所謂的“突破性工作基礎”指的是去年LLNL在國家點火裝置(National Ignition Facility，NIF)上成功實現的聚變點火。2023年5月，DOE在LLNL的點火成功慶典上宣布了IFE-STAR計劃。自從NIF的重大進展以來，私人投資者和公共資金對聚變能源研發的興趣已經越來越大，IFE-STAR計劃有助于將相關研究聚焦在實現慣性聚變凈產出的關鍵科學技術難題上。

迄今為止，美國的慣性約束聚變計劃一直得到國家核安全管理局(National Nuclear Security Administration，NNSA)的支持。隸屬于DOE聚變能源科學辦公室(Fusion Energy Sciences，FES)的IFE-STAR計劃，擬解決2022年聚變能源科學基礎研究需求研討會上總結的研究領域，此外還有加入DOE階段式聚變發展計劃的公司在預期技術路線上共同面臨的障礙(在五月選定的八家私人公司中，有兩家采用激光慣性約束路線)。

根據DOE的說法，IFE-STAR計劃將在高增益靶設計、高效率高頻率激光、以及IFE相關的聚變靶制造、跟蹤和應用等領域發力，還有一個重要部分是對慣性聚變工作體系的管理，包括建立一個包容、多樣化的從業群體。

CSU慣性聚變科學技術中心

科羅拉多州立大學的慣性聚變科學技術中心被稱為RISE。據CSU稱，有康奈爾大學、通用原子能、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、Marvel Fusion、SLAC國家加速器實驗室、德州農工大學、美國海軍研究實驗室、伊利諾伊大學香檳分校和Xcimer Energy Corp等機構參與，該中心還將由斯坦福大學的DOE下屬SLAC國家加速器實驗室共同領導。

CSU表示，RISE將在未來四年內獲得1600萬美元的資金，用于“創造性地將聚變靶與準分子氣體激光、固態激光驅動器等技術相結合，開辟新的IFE領域。”科羅拉多州立大學開展的實驗將借助其已有的ALEPH激光器，這是一種高頻率、PW級(1 PW=1E15 W)激光系統，后續還會升級至2 PW。

電氣與計算機工程杰出教授Carmen Menoni將擔任這個新中心的主任，“我們希望這里能成為IFE科學技術的高地，吸引并培養相關人才，以支持DOE在本領域的使命，” Menoni表示。“我們很高興與一支致力于慣性聚變商業化的世界一流團隊合作。”

LLNL創新&反應堆工程中心

LLNL的中心被稱為STARFIRE，也獲得了為期四年的1600萬美元資金。與其他中心相比，LLNL的合作伙伴最多，包括七所大學，四個國家實驗室，一個國際實驗室，三個商業實體，一家慈善組織和三家私人IFE公司：其中有通用原子能公司，加利福尼亞大學圣迭戈分校，加利福尼亞大學伯克利分校，加利福尼亞大學洛杉磯分校，羅切斯特大學，麻省理工學院，俄克拉荷馬大學，德國弗勞恩霍夫激光技術研究所，TRUMPF公司，美國Leonardo電子公司，利弗莫爾實驗室基金會，斯坦福大學SLAC國家加速器實驗室，橡樹嶺國家實驗室，薩凡納河國家實驗室，Xcimer Energy，Focused Energy公司和Longview Fusion Energy Systems。

“LLNL取得的點火成就為IFE提供了新的動力和科學基礎，”LLNL IFE機構負責人、IFE中心首席研究員Tammy Ma表示。“DOE的IFE-STAR計劃標志著美國公共IFE計劃的復興，我們很高興能匯集一支優秀的團隊，通過協同管理一起推進聚變能源發展。”

在IFE工業級模型框架指導下，IFE-STARFIRE中心將著力于高增益聚變靶設計、靶制造和應用以及二極管泵浦固體激光技術的示范。該項目還將與領先大學合作，開發推出新型課程，為IFE的未來培養人才。

UR激光-等離子體相互作用研究中心

羅切斯特大學的激光能量學實驗室(Laboratory for Laser Energetics, LLE)獲得了為期四年總計1000萬美元的資助，將牽頭一個關于激光-等離子相互作用研究的中心，參與方包括Ergodic LLC、加利福尼亞大學洛杉磯分校、內布拉斯加大學林肯分校和Xcimer Energy。

該中心被命名為IFE-COLoR(Inertial Fusion Energy-Consortium on LPI (laser-plasma interaction) Research)，旨在測試一種新型寬頻長脈沖激光，以直接對氫燃料進行點火，驗證直驅式的IFE系統。

因為聚變條件下激光-等離子不穩定性的存在，目前慣性約束系統的一個難點便是有效地將激光驅動器的能量打到聚變靶材上。根據羅切斯特大學的新聞稿，寬頻長脈沖的激光可能有助于抑制激光-等離子不穩定性。為了實現這種新方法的示范，IFE-COLoR中心擬將LLE開發的激光技術與第四代超寬頻實驗激光(FLUX)結合，通過經實驗測試的流體動力學模擬來指導更先進的激光-等離子不穩定性建模與實驗。

“從最初的實驗開始，科學家們就想使用多色激光(即頻譜范圍更廣的激光)來解決不穩定性” ，IFE-COLoR首席研究員、LLE等離子與超快激光科學與工程部門主任Dustin Froula說，“我們花了五十多年的時間鉆研激光等離子相關理論和技術，有了它們才能確保實驗推進，以驗證支撐未來的直接驅動式慣性約束聚變系統” 。成立于1970年的LLE是DOE下屬最大的大學研究項目。根據最近與NNSA續簽的合作協議，該實驗室運營著世界范圍內學術機構擁有的最大激光設施——Omega激光設施。

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