此前，美國勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室發布報告稱，基於(yu) 實驗室“國家點火設施”（NIF）而研發的近燃聚變反應收獲了好消息，這也為(wei) 由激光驅動的聚變能源係統推向市場增強了信心。甚至在NIF宣布這一消息之前，全球至少有四家初創公司已經吸納了數百萬(wan) 美元投資，用於(yu) 將激光驅動聚變實現商業(ye) 化，也稱為(wei) 慣性聚變能（inertial fusion energy，IFE）。

慣性聚變能即基於(yu) 慣性約束聚變獲得潔淨的氘氚聚變能，是一種具有商業(ye) 應用價(jia) 值的新型能源。現在投身於(yu) 慣性聚變能的公司，要麽(me) 正在尋求新的投資，要麽(me) 就是已經獲得了新的資助。到目前為(wei) 止，IFE研究包括數值模擬和激光實驗。

三家商業(ye) 公司將他們(men) 的美好願景寄托在短脈衝(chong) 拍瓦級激光器的出現上。這些公司相信短脈衝(chong) 拍瓦級激光器的高強度飛秒到皮秒長脈衝(chong) 可以超越慣性聚變能的性能，從(cong) 而產(chan) 生激發點燃聚變反應需要的數倍能量。

羅徹斯特大學OMEGA EP項目上的光束線，目前是美國最強大的短脈衝(chong) 激光器（來源：羅徹斯特大學）

美國羅切斯特大學激光能量學實驗室首席科學家Riccardo Betti表示，無需NIF提供的完美對稱內(nei) 爆環境就能實現慣性聚變能，這種非常規的方式應當值得鼓勵和發展。為(wei) 了取得今天的成就，參與(yu) 其中的商業(ye) 公司和研究機構耗費了數十億(yi) 美元和11年的等待。

但他同時也表示，短脈衝(chong) 方式的物理學特性還有待證明，這將需要建造價(jia) 值10億(yi) 美元的激光器，其產(chan) 生的能量是激光能量學實驗室OMEGA EP激光器（目前美國最強大的短脈衝(chong) 激光器）的100倍。另外，有兩(liang) 家公司試圖通過設計質子和硼-11之間產(chan) 生聚變的機製，以進一步推動聚變實現商業(ye) 化的步伐。

新技術

NIF的設計並沒有考慮到發電廠。它得到了能源部國家核安全管理局的支持，作為(wei) 在沒有地下試驗的情況下維持美國核武器儲(chu) 備的工具。大多數專(zhuan) 家表示，NIF將激光耦合到燃料的間接驅動方法，首先將激光束轉換為(wei) X射線從(cong) 而使燃料膠囊內(nei) 爆，但這種方式效率低，不具備商業(ye) 價(jia) 值。羅切斯特大學激光能量學實驗室主任Michael Campbell談到，NIF的“電光轉換”（wall-plug）效率，從(cong) 電網中提取能量沉積在聚變燃料上隻有0.5%。

但自從(cong) 1990年代設計NIF以來，激光技術已經取得了進步，現在由高效二極管驅動的固態拍瓦級激光器的電光轉換效率可以超過20%。Campbell表示，這些技術進步對於(yu) 實現直接驅動很有幫助，因為(wei) 激光可以將能量直接沉積到燃料上。

現代拍瓦級激光器由啁啾脈衝(chong) 放大技術（CPA）實現。目前世界上擁有拍瓦級激光器的研究機構包括歐盟“極光基礎設施”項目擁有兩(liang) 個(ge) 組件激光器；中國上海超強超快激光裝置；日本大阪激光工程研究所；美國德克薩斯大學奧斯汀分校、勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室、勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室和羅切斯特大學激光能量學實驗室。

Innoven Energy計劃使用兩(liang) 台氟化氪激光器（圖中僅(jin) 顯示一台）實現內(nei) 爆氘-氚的效果（來源：Innoven Energy）

拍瓦激光器在皮秒脈衝(chong) 中產(chan) 生1019-1021W/cm2的峰值強度。相比之下，勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室的NIF、羅切斯特大學的OMEGA項目和法國“Laser Megajoule”項目所采用的激光器能產(chan) 生1015W/cm2，它們(men) 在納秒持續時間內(nei) 產(chan) 生數十千焦到兆焦的能量。最近NIF取得了一項突破，在脈衝(chong) 長度為(wei) 8 納秒內(nei) 產(chan) 生了1.9兆焦耳的能量。

NIF、OMEGA和Laser Megajoule是閃光燈泵浦激光器，每天最多隻能發射幾次。這與(yu) 經濟上可行的慣性聚變能所需的每秒多個(ge) 脈衝(chong) 相去甚遠。大多數反應堆概念都設想用激光發射燃料芯塊，燃料芯塊以穩定的速度落入目標室並排出熱能以產(chan) 生蒸汽。目前的一些拍瓦級激光器可以以1Hz或更高的頻率發射。

玩家們(men)

總部位於(yu) 德國慕尼黑的初創公司Marvel Fusion首席技術官Georg Korn認為(wei) ，超短脈衝(chong) 拍瓦級激光器可以克服流體(ti) 動力不穩定性，這種不穩定性阻礙了NIF的燃料對稱內(nei) 爆並達到點火條件。他接著表示，Marvel Fusion並沒有建造自己的激光器而是在18-24個(ge) 月的實驗計劃中，與(yu) 目前已有拍瓦級激光器的研究機構達成緊密合作。具體(ti) 來說，Marvel Fusion計劃用硼-11B激發這些強大的激光器。

使用質子和硼-11B產(chan) 生聚變不需要氚和不產(chan) 生中子，燃料便宜且豐(feng) 富。產(chan) 生的阿爾法粒子足以直接通過磁感應發電，這將消除對使用蒸汽和渦輪機的需求。但是熱硼-11B反應所需的溫度超過30億(yi) 開爾文，大約是NIF和世界各地托卡馬克裝置產(chan) 生D-T反應的10倍。此外，硼-11B聚變產(chan) 生的能量僅(jin) 為(wei) D-T反應生成能量的一半，批評人士稱這將使創造可行的聚變功率變得更加困難。對於(yu) Marvel Fusion而言，Korn表示硼-11B是一種優(you) 於(yu) D-T的燃料，公司希望實現依賴專(zhuan) 有納米結構目標的非熱點火過程。

Bedros Afeyan是一家從(cong) 事激光-等離子體(ti) 相互作用研究公司的總裁，他表示像Marvel Fusion將希望放在硼-11B上的努力注定要失敗。除了離子溫度超過100開爾文外，硼-11B沒有放熱反應，我們(men) 甚至不知道如何使幾開爾文的等離子體(ti) 燃燒。

Betti指出，除了極端溫度要求外，硼-11B聚變反應發生的概率比D-T聚變反應小得多。D-T聚變已經非常困難，而硼-11B在製造有用能量的要求方麵要困難得多。目前在拍瓦級激光器上進行相關(guan) 實驗的機構包括大阪激光工程研究所，期間產(chan) 生了大量的硼-11B聚變和阿爾法粒子，但遠遠低於(yu) 點火和有用能量產(chan) 生所需的數量。事實上，Korn本人和其他研究者公布了2020年大阪實驗室的研究結果，基於(yu) 硼-11B反應的聚變反應堆顯然並不適用於(yu) 未來。

Marvel Fusion選擇硼-11B核聚變路線的部分原因是避免對氚的需求和中子的產(chan) 生，同時還可以滿足德國的反核情緒，這個(ge) 國家正在逐步淘汰核電。迄今為(wei) 止，公司已經從(cong) Blue Yard Capital和未具名的天使投資者那裏籌集了3000萬(wan) 歐元（約合3550萬(wan) 美元）。但公司在選擇硼-11B後卻失去了主要的資金支持者SKion，即德國億(yi) 萬(wan) 富翁Susanne Klatten的投資公司。

另一個(ge) 寄希望於(yu) 硼-11B的是HB11，這是一家由新南威爾士大學核聚變物理學家Heinrich Hora 創建的澳大利亞(ya) 公司。這家位於(yu) 悉尼的初創公司計劃使用短脈衝(chong) 拍瓦級激光器，但其確切的技術方法仍在製定中。

澳大利亞(ya) 沒有拍瓦級激光器，HB11也不打算自己建造。這家公司的研究計劃主要由其他大陸設施的受資助研究人員進行。HB11最大的資金支持者是德國科技企業(ye) 家Lukasz Gadowski。目前，公司已經籌集到480萬(wan) 澳元（約合350萬(wan) 美元）。

堅持D-T路線

Focused Energy是另一個(ge) 可能實現慣性聚變能商業(ye) 化的玩家，與(yu) Marvel Fusion有著相似的成立背景。但是當Marvel Fusion決(jue) 定采用硼-11B時，兩(liang) 家公司前進的道路出現了分歧。曾擔任Marvel Fusion首席科學官的Markus Roth於(yu) 2020年離職，並創立了Focused Energy。

Focused Energy計劃的雙激光器方案是先用一台納秒長脈衝(chong) 激光器壓縮D-T燃料，然後用第二台拍瓦級激光器發出的皮秒長脈衝(chong) 點燃壓縮後的燃料斑點，該脈衝(chong) 將擊中薄球形箔（微米大小）。來自箔背麵的加速質子會(hui) 將能量集中到燃料上。

與(yu) NIF采用的方式相比，雙脈衝(chong) 方法將使燃料艙的缺陷問題更小。Roth說，所需的總激光能量計劃為(wei) 500kJ-750kJ，約為(wei) NIF能量輸出的四分之一。Focused Energy首席執行官Thomas Forner表示，公司已從(cong) 美國投資者獲得了資金支持，包括科技企業(ye) 家Marc Lore和退休的紐約洋基隊球員Alex Rodriguez，他們(men) 是一家風險投資基金的合夥(huo) 人。

總部位於(yu) 美國加州聖迭戈的Innoven Energy的氟化氪(KrF)氣體(ti) 激光技術，是為(wei) 戰略防禦計劃而開發的，旨在使敵方衛星失去能力。盡管這種技術從(cong) 未部署過，但在美國能源部國家核安全管理局的資助下，洛斯阿拉莫斯國家實驗室和海軍(jun) 研究實驗室的科學家一直在探索該技術的聚變潛力。KrF激光器的發明者Robert Hunter Jr是Innoven Energy的首席執行官。

該公司聯合創始人兼首席技術官Conner Galloway表示，公司目標是將微秒長的KrF脈衝(chong) 縮短到納秒。在計劃中的雙激光器間接-直接驅動方法中，來自相對激光器的光束將被引導到D-T燃料腔室。

Afeyan表示，Innoven Energy的KrF激光器需要大口徑光學器件，這在商業(ye) 上不太可行。Betti 也同意研發兆焦耳級別KrF激光器建非常困難，但他也說KrF激光器發出的光本質上比NIF采用的固態激光器具有更好的內(nei) 爆特性。他認為(wei) 應該更仔細地研究KrF激光器。