Inertia公布激光间接驱动聚变商业化路线图

聚变能源企业Inertia公司 (Inertia) 近日公布其激光间接驱动聚变商业化设想，计划在美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) 国家点火装置 (NIF) 已验证的物理基础上，推进惯性约束聚变发电系统的工程化和规模化。

Inertia表示，NIF采用激光间接驱动 (LID) 技术，已实现点火和能量增益，相关实验数据已经同行评审并发表。自2022年首次实现点火以来，NIF的能量增益已提升至最初水平的三倍。该公司认为，商业化工作的重点并非重新探索基础物理，而是围绕已验证路线，解决激光系统、靶材制造、燃料循环和电站集成等工程与供应链问题。

按照Inertia的规划，其商业化推进将分为四个阶段：组件开发、子系统集成、端到端集成和电站部署。当前阶段的重点，是验证激光器和靶材制造系统的关键部件能否以可接受成本实现规模化生产，并与未来电站的整体设计相匹配。

在第一阶段，Inertia提出十项主要研发目标。其中包括将靶材能量产额提升至25倍以上，使单次脉冲总能量产额超过250兆焦耳。该公司称，其初始电站运行方案需要约25倍靶材能量产额，以支撑约250兆瓦上网电力输出。为验证相关设计，Inertia计划利用与LLNL惯性约束聚变设计相关的计算方法，开展所谓“虚拟NIF发射”模拟。

激光系统是另一项核心工作。NIF激光器目前效率较低，Inertia计划以二极管泵浦激光器替代传统闪光灯泵浦方案，以提高效率和重复频率。公司提出，将与产业伙伴合作扩大高功率激光二极管产能，并将成本降至当前水平的约五十分之一。同时，Inertia正在建设四分之一比例的激光放大器测试平台，用于验证激光二极管与增益介质的耦合效率，并评估其在10赫兹频率下连续运行的冷却能力和稳定性。

在靶材方面，Inertia计划沿用NIF燃料靶的基本结构，包括空腔、高密度碳 (HDC) 壳、冷冻氘氚 (DT) 燃料以及用于固定壳体的薄膜支架。公司称，现阶段NIF靶材中的HDC壳通常通过化学气相沉积 (CVD) 工艺小批量制造，周期较长。商业化方案需要证明该工艺可用于更大批量、更短周期的球形壳体生产，并保持NIF实验数据所要求的制造公差。

为适应电站运行，Inertia还需解决靶材高速注入与激光实时命中的问题。与NIF静态放置靶材、单次发射不同，商业电站方案设想以约10赫兹频率向反应室注入靶材，并通过控制系统实时跟踪和击中移动目标。公司将这一过程类比于阿斯麦 (ASML) 极紫外光刻系统中激光击中锡液滴的工作方式，但强调其仍需开发相应控制系统。

此外，Inertia还计划验证更坚固且成本较低的薄膜支架、可规模化的靶材自动组装工艺，以及更快速的氘氚燃料注入方法。公司称，NIF靶材注入燃料过程通常较慢，而商业化要求在低氚库存条件下实现大批量、高质量燃料装载。

在电站集成层面，Inertia提出采用气体装甲第一壁吸收主要冲击，并配合低成本、易更换的固体壁结构，以降低对材料突破的依赖。公司表示，未来设计需要在聚变室尺寸、壁体寿命、建设成本、束流线数量和氚增殖需求之间寻找平衡。

Inertia称，第一阶段目标主要围绕激光器成本、电站成本和燃料成本三项经济驱动因素展开。与大型科学实验相比，商业聚变电站需要在重复运行、部件寿命、靶材批量制造和燃料循环管理等方面达到更高工程要求。该公司认为，这些任务属于可测量的工程和供应链问题，而非新的基础物理探索。