美国Inertia聚变燃料制备时间大幅缩短

美国聚变初创企业惯性企业公司 (Inertia Enterprises) 表示，该公司与劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 合作，在惯性聚变能源燃料制备方面取得进展，已将冷冻氘氚燃料层形成这一关键环节的耗时，从过去可能需要数天缩短至数十分钟。公司称，这一成果完成了其商业聚变电站第一阶段开发目标中的一项关键任务。

惯性聚变能源的基本路径，是利用高能激光压缩并加热含有氘氚燃料的小型靶丸，使燃料达到点火条件并释放能量。美国国家点火装置 (NIF) 已多次验证相关物理机制。Inertia Enterprises选择沿用NIF已验证的靶设计路线，而不是采用未经充分验证的新型靶结构或驱动方案，因此燃料制备从物理可行性问题转向了工程化、规模化生产问题。

该类靶丸通常由球形碳壳构成，内部需要在低温条件下形成一层尽可能平滑的固态氘氚燃料层，中心则保留氘氚气体。对于NIF点火实验而言，燃料层缺陷会在压缩过程中放大，影响点火过程，因此制备精度要求极高，单个燃料层形成过程可能持续一周，并需要多次人工干预。

图1：聚变燃料胶囊的剖面示意图和示例X光照片，图中显示了外部球形碳壳和带有气体芯的DT燃料“冰”层。对于Inertia公司而言，该胶囊直径约为4-5毫米。形成足够光滑的DT冰层对于点火至关重要。

Inertia Enterprises称，其新工艺可在约30分钟内完成氘氚晶体层生长，整个燃料靶制备过程约需两至三小时。公司认为，该工艺具备向工业规模扩展的潜力，可支持公用事业规模聚变电站所需的连续燃料供应。

Inertia Enterprises联合创始人兼首席科学家安妮·克里彻 (Anne Kritcher) 表示，这一进展来自公司与LLNL在靶制造和物理设计方面的合作，有助于将NIF验证过的点火路径推进至商业聚变能源应用。LLNL相关研究人员也表示，快速形成的氘氚冰层质量已接近NIF较长时间制备得到的燃料层，并符合Inertia Enterprises靶设计的要求。

图 2：使用新制造方法测量的 DT 冰粗糙度与模式(粗糙度的角频率)完全符合原始 NIF 点火规范，比 Inertia 的规范更精确，提供了相当大的裕度和更快的制造方法的选择。 

与NIF相比，Inertia Enterprises计划采用功率更高的激光系统。公司称，其商业系统设计激光能量高于NIF，因此对燃料层缺陷的容忍度更高，不必完全按照NIF点火实验的极限标准追求“完美”靶丸。模拟结果显示，在一定缺陷范围内，燃料层粗糙度和结构差异不会明显降低聚变能量输出。

燃料制备速度的提升还可能降低电站运行中的氚库存需求。氚具有放射性，供应有限且成本较高，相关处理、储存和监管要求较为严格。Inertia Enterprises表示，缩短燃料装填和制备周期，可减少燃料在厂内停留时间，降低启动阶段所需氚储备，并有助于降低材料处理成本和监管负担。

图 3：详细的模拟表明，与完全光滑的“NIF 点火”冰相比，惯性更快的燃料注入速度没有明显的差异或性能损失，如图所示，压缩的外壳和接近峰值内爆速度的热核。

按照公司设想，未来全规模商业聚变电站每秒可能消耗约10个燃料芯块。Inertia Enterprises联合创始人兼首席执行官杰夫·劳森 (Jeff Lawson) 表示，减少燃料制备环节的延迟，可缩小设施规模、加快流程并提升整体效率。