5月22日，德国激光聚变专家委员会向联邦教育研究部提交《激光惯性约束核聚变备忘录》^[1]，系统阐述了全球激光聚变能发展现状和竞争趋势，并结合德国研究基础提出了研究建议。委员会认为，通过积极的惯性约束核聚变（IFE）计划和强有力的国际合作伙伴关系，未来10年或20年内可开发出IFE发电厂的使能技术，2045年左右建成首个IFE示范电厂。

一、创新生态系统框架

该备忘录提出了聚变能生态系统的四大支柱，包括：①强大的科学计划，以教育和培训下一代技能人才，同时解决潜在的竞争科学问题；②为学术界和工业界提供开放的研究基础设施；③参与创新和促进技术转让的竞争力产业；④政府间国际合作，推进资源和资金高效利用，并减少重复工作。通过政府、学术界、工业界的共同努力，建立全面的耐风险公私合作伙伴关系，确保科技创新驱动德国在聚变能技术领域的领导地位。

在德国建立强大的聚变能项目可以吸引全球人才，但在IFE等离子体科学与工程、核工程和高能激光开发领域，经验丰富的人才仍极为有限。为满足私营机构不断增长的需求，同时保持政府资助研发计划的卓越水平，在高等学校投资开设全面和现代化的课程至关重要，专业化和实践培训也是重要组成部分。

未来10年，采取更具雄心的行动计划，利用现有技术建立德国和欧盟清洁能源创新中心以应对气候危机十分重要。核聚变有望成为气候危机的长期解决方案，并提供经济、主权和国家安全利益。为此，德国必须启动重大的长期投资计划，支持前沿技术开发，提升聚变能技术竞争力，以实现其经济、环境和能源主权战略效益。

二、加强科学研究的相关建议

1、聚变等离子体和点火

（1）未来1~3年研究机遇。包括3个方面：①激光直接和间接驱动内爆的湿泡沫靶的性能数据不足，建议采用具有自适应网格功能的编码，或具有适当闭合和经过验证的状态方程的特设湍流模型，模拟湿泡沫靶内爆。验证适用于湿泡沫靶的状态方程物理模型和湍流动力学理论，以及解决相关小尺度流动的直接数值模拟问题。②可供公开获取的适于激光驱动内爆的辐射流体动力学编码很少，建议开发IFE开放获取的辐射流体动力学编码。③尽管数值模拟方面取得进展，但即使美国国家实验室最先进的辐射流体动力学编码也无法准确预测实验结果并指导内爆实验设计。不过，机器学习算法已成功应用于激光聚变内爆，从而改进了实验预测。建议进一步探索机器学习的最新进展，开发算法弥合实验和模拟之间的差距，从而提高内爆实验的预测能力。

（2）未来3~6年研究机遇。包括两个方面：①激光驱动的IFE发电厂需要超过100倍的高增益目标，但目前高收敛和高增益效果不如预期。建议与主要内爆设施的目标设计和实验小组合作，探索限制高收敛内爆性能的因素，并制定缓解策略。②间接驱动NIF热点点火的目标增益达到1.5倍。在30千焦激光尺度下的激光直接驱动实验，在2兆焦激光能量下获得约1兆焦的聚变产量。需研发其他点火方案以验证原理实验，并评估点火规模的原理验证示范要求，这需要新的大型激光设备。

（3）未来6~9年研究机遇。惯性约束核聚变靶复杂、昂贵、脆弱，不适合直接应用于IFE。因此，需要从工程实用性角度，通过对点火的物理学理解，开发具有点火/增益能力的概念。

2、靶。相关建议包括：制定计划开发IFE精密靶材经济大规模制造方法；制定项目以证明在全反应室相关速度射击的目标与反应室相关直径的激光束的准确接触，在示范中使用实际IFE目标或合适的替代品；制定计划开发全速、连续加载、低温靶标喷射器。

3、反应室。相关建议包括：启动反应室综合研究，考虑不同接口；启动反应室概念的深入研究；建立实验验证途径，首先针对个别方面，然后针对综合非核试验，以及核环境中的试验。

4、第一壁和包层、燃料循环

（1）材料。提供与国际聚变材料辐照设施-演示中子源（IFMIF-DONES）互补的聚变中子能量典型源，进行结构、功能和装甲材料研究。最大限度利用IFMIF-DONES收集的结构材料核聚变损伤的实验数据，通过激光和磁约束核聚变两条路线合作实现典型中子操作。加强材料研究设施，研究氦注入的效果，特别是在结构、功能和装甲材料的脉冲功率暴露方面。加强与材料研究实验室的合作，对需要热室的堆内样品的辐照材料进行测试分析。建立国家实验室与大学的研究合作关系，开展所有类型聚变材料的建模以及预测数值工具集验证。

（2）包层。研究开发简化的1~1.5维发电厂模型，从中获得包层设计基础，以便纳入闭环设计。由实验室牵头开发、制造和运行包层。

（3）循环燃料。燃料循环是模块化的，个别技术可单独建立、开发和分析。

5、激光驱动与光学。相关建议包括：对能够驱动IFE动力装置的激光系统进行全面的概念设计研究，包括物理案例和架构成本模型，识别潜在的研发风险。开展激光系统的设计、评估和控制的仿真与建模研究，包括大功率二极管泵浦、激光放大、激光束传输、低温冷却、非线性变频。降低半导体激光泵浦模块的生产成本。利用德国在光学制造方面的专业知识，建立IFE光学制造卓越中心，为IFE发电厂提供大规模光学器件的制造技术和能力。开发具有高损伤阈值、高透射率和高折射率的激光硬材料。设计和建造大功率加速寿命测试仪，建立重要的科学技术试验台设施。采取双管齐下的方法，探索、研究、发展和获得高能高功率激光操作相关知识，并建立科学技术试验台设施。

6、聚变电厂。相关建议包括：建立冷却剂概念下的选择过程，并阐明其对电厂平衡开发的影响。通过国际合作，建立一个世界研究通用的系统编码标准。建立可用于能源系统研究的IFE装置模型。

7、诊断、数据采集和解释。相关建议包括：诊断是理解IFE的物理学和开发聚变电厂的关键。建议制定计划项目，用以支持目标、激光、控制和系统的诊断方法开发。支持开发高重复率的诊断技术。制定一套通用的诊断技术，可用于不同的激光设施，以验证公共和私营方法。

8、人工智能和高性能计算。相关建议包括：培养德国人工智能专业知识，在新的实验能力建设中考虑人工智能和高性能计算。开发人工智能技术，以开展智能化数据处理和分析。

9、教育和培训。相关建议包括：德国目前还没有针对大功率激光核聚变研究的资助方案，尽管具备重要高功率激光的研究人员基础，但缺乏针对核聚变发电厂的专门高校教育体系。建议加强激光聚变专项教育和经费支持，为未来研究和工作人员培训提供资金。加强激光聚变大学专项教育，包括高功率脉冲光束源、光束整形和引导、高效光学元件和转换以及系统生产技术（从光学系统到聚变反应目标本身）。建立激光聚变网络，加强工业界与研究院所之间的激光技术生态系统发展。加强研究机构之间合作，并与国际机构合作。保持德国研究竞争力，持续投入升级激光设施。                                     （李岚春）