美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)入選領導與聚變行業合作伙伴開展的三項研究合作，此為“聚變能源創新網絡”(INFUSE)項目2025年隊列的一部分。這些獲獎項目將借助ORNL在聚變材料、等離子體診斷以及先進建模與仿真方面的專業知識，解決實際難題、創造新技術，加速聚變能源發展。

INFUSE項目于2019年成立，旨在推動與聚變產業的公私合作研究。它利用美國能源部國家實驗室和大學的獨特能力與科研人才，解決聚變能技術發展障礙。合作實驗室或大學可獲10萬至50萬美元資助，用于一至兩年的項目，且私營企業需承擔至少20%成本。據美國能源部官方公告，已向20個項目提供超610萬美元資金，用于探索材料科學、激光技術、超導磁體、用于聚變建模和模擬的人工智能學習等領域，推動技術朝經濟聚變能方向發展。

ORNL聚變能部門(FED)主任特洛伊·卡特稱，INFUSE獎項彰顯了國家實驗室在推動聚變能研究發展和加強美國在該領域領導地位方面的關鍵作用，此類合作能運用知識和工具支持聚變產業需求。

ORNL的INFUSE合作項目如下：

一是中子輻照鎢的機械特性研究。由ORNL材料科學與技術部的Xiang “Frank” Chen牽頭，與馬薩諸塞州的Commonwealth Fusion Systems公司合作。ARC是計劃中SPARC的后繼裝置，SPARC是Commonwealth Fusion Systems正在建造的具有商業意義的實驗托卡馬克裝置。ARC中面向等離子體的部件需承受極熱及中子等粒子轟擊，這些粒子會改變材料機械性能。該項目將分析作為主要候選材料的鎢樣品，此前已在ORNL高通量同位素反應堆輻照。ORNL和Commonwealth將測試鎢和鎢合金樣品，觀察輻射損傷是否影響材料由脆性變為延性的轉變溫度，此特性是反應堆組件設計關鍵。通過使用已輻照樣品，Commonwealth可跳過數年輻照活動，加速ARC數據收集和開發。

二是利用ORNL先進光譜學對WHAM進行快離子約束研究。由ORNL聚變能部門的Keisuke Fujii領導，與威斯康星州的Realta Fusion合作。威斯康星高溫超導軸對稱鏡實驗(WHAM)是由威斯康星大學麥迪遜分校的Realta Fusion贊助的磁鏡聚變系統，2024年7月產生第一團等離子體，但約束時間較短。為解決此問題并更好預測設備性能，Realta正在開發和驗證等離子體粒子行為計算模型，納入RealTwin™平臺(創建模擬整個設備的數字孿生)。ORNL將提供關鍵診斷數據，測量整個等離子體中的中性粒子和快離子密度，驗證模型并指導減少能量損失策略。先進實驗設施與ORNL診斷專業知識結合，將提高RealTwin平臺性能和可靠性，為Realta下一步鏡像設備Anvil奠定基礎，使聚變能更接近商業可行性。

三是模擬慣性聚變中子對腔室射流動力學的熱和動量影響。該項目由ORNL核能與燃料循環部門的Arpan Sircar牽頭，與科羅拉多州的Xcimer Energy公司合作。Xcimer Energy提供聚變能的方法與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的實驗性國家點火裝置類似，但設備利用高能激光在名為HYLIFE-III的特殊腔室中點燃更大燃料球。該腔室使用FLiBe鋰熔鹽射流作冷卻劑，并采用氚增殖介質和輻射屏蔽保護腔室。腔室產生的微爆炸將中子射出的熱量和動量傳遞給流體射流，可能影響射流性能和腔室屏蔽。ORNL將采用聚變能反應堆模型積分器(FERMI)模擬中子 - 流體相互作用。FERMI是高保真度、多物理場仿真框架，最初用于模擬磁聚變反應堆的中子學、計算流體動力學和結構力學。若成功，FERMI將幫助Xcimer改進設計，提供反應堆腔室屏蔽效果及每次發射后重置速度的見解。

ORNL的公私合作伙伴關系負責人兼INFUSE主任Arnie Lumsdaine表示，公共和私營部門對INFUSE的興趣持續增長，今年申請數量再創新高，項目資金增長也表明其是美國能源部優先事項，期待今年項目取得成功。

INFUSE項目由美國能源部科學辦公室下的聚變能源科學辦公室贊助，由ORNL和普林斯頓等離子體物理實驗室管理。今年獲獎的其他項目可在INFUSE網站查詢。德克薩斯大學巴特爾分校代表美國能源部科學辦公室管理ORNL，該辦公室是美國物理科學基礎研究的最大支持者，致力于解決時代緊迫挑戰，更多信息可訪問energy.gov/science。