美国能源部聚变科技路线图核心规划 - 美国能源部发布的最新聚变科技路线图不仅是一项科学计划，更是一项旨在2030年代中期将聚变能从实验室推向商业市场的产业政策[1] - 路线图采用与核裂变和聚变公司激进的“快车道”发展周期相一致的分阶段行动：近期（未来2-3年）聚焦数字化和基础设施准备；中期（3-5年）聚焦原型集成；长期（5-10年）聚焦电网供电和规模化[1][2][3] 六大核心技术挑战领域 - **人工智能与聚变融合**：启动AI-聚变数字融合平台，利用机器学习加速材料发现和预测等离子体行为[4] - **基础设施启动**：建设中小型测试设施，并完成大型“首台套”设施的设计[4] - **监管框架**：最终确定许可和安全标准，为投资者、消费者和公众提供监管确定性[4] - **试点工厂建设**：支持私营部门建造首批聚变试点工厂[4] - **燃料与材料测试**：提供集成平台，用于测试氚燃料循环和强辐射下的材料[4] - **供应链培育**：支持高热部件和超导磁体的国内制造[4] 聚变反应堆关键材料与组件 - **结构材料**：开发如低活化铁素体马氏体钢和钒合金等材料，以承受多年强烈中子轰击而不变脆或弱化，并最大限度减少长寿命放射性废物[4][10][11] - **面向等离子体部件**：制造能承受相当于太阳表面热通量的“第一壁”材料，钨是PFCs的关键材料，也是国内矿产安全的重点[4][12] - **包层**：作为反应堆的“能量引擎”，负责捕获高能中子（携带约80%的聚变能量）并将其动能转化为热能，同时利用中子撞击锂-6原子进行氚增殖，并作为辐射屏蔽保护外部组件[29][30] 磁约束与惯性约束聚变路径 - **磁约束聚变**：利用高温超导磁体制造强大的磁“瓶”来悬浮和稳定过热等离子体，主要架构包括托卡马克和仿星器[14][15][18] - **惯性约束聚变**：采用“脉冲”路径，使用高能激光快速压缩微小燃料靶丸，通过微爆炸点燃等离子体[19] 相关公司及其角色 - **布鲁克公司**：通过其子公司BEST，是高温超导磁体技术工程的关键供应商，为多个能源部项目提供先进的铌锡和高温超导导体[17] - **相干公司**：其LEAP准分子激光平台被REBCO制造商用于在带材上沉积超导层，并提供用于聚变实验的大规模激光器所需的高功率二极管激光器[23] - **Syntec光学公司**：为高能激光系统提供所需的专用透镜和镜片[23] - **Oklo**：其Aurora快堆能够增殖氚，其子公司Atomic Alchemy正在根据能源部其他交易协议，加速其放射性同位素业务和生产[25] - **ASP同位素公司**：计划在2026/2027年贡献锂-6的供应[24] - **BWXT与田纳西河谷管理局**：TVA利用其在Watts Bar为核武库生产氚的经验，正在探索使用BWRX-300小型模块堆来托管产氚可燃吸收棒，以“收获”氚作为正常发电的副产品[24] - **泰拉能源与霍尔泰克**：Natrium快堆是同位素生产的理想候选者；霍尔泰克的小型模块堆可配置专用“靶”组件来生产包括氚在内的各种同位素[26][27] 燃料循环与氚增殖战略 - 能源部追求“闭环”燃料循环，利用含锂包层使聚变和快堆自行增殖氚燃料[21] - 由于氚稀有且具有放射性，路线图强调先进的计量和直接内部回收以最小化库存[21] - 建立锂-6、氚和氘等轻同位素的国内供应，确保美国不依赖国际来源获取其最关键的核资产[21] 电厂工程与系统集成 - 电厂平衡是资本成本的50%所在，涉及将热量转化为电力的涡轮机、热交换器和冷却系统[32] - 需要创新，如超临界二氧化碳涡轮机，它比蒸汽涡轮机更小、更高效，正被优先考虑以缩小电厂占地面积[32] - 人工智能融合数字融合成为主要工具，人工智能驱动的“数字孪生”将实时管理电厂的复杂系统，为人工智能生态系统带来巨大机遇[31]