美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)入选领导与聚变行业合作伙伴开展的三项研究合作，此为“聚变能源创新网络”(INFUSE)项目2025年队列的一部分。这些获奖项目将借助ORNL在聚变材料、等离子体诊断以及先进建模与仿真方面的专业知识，解决实际难题、创造新技术，加速聚变能源发展。
INFUSE项目于2019年成立，旨在推动与聚变产业的公私合作研究。它利用美国能源部国家实验室和大学的独特能力与科研人才，解决聚变能技术发展障碍。合作实验室或大学可获10万至50万美元资助，用于一至两年的项目，且私营企业需承担至少20%成本。据美国能源部官方公告，已向20个项目提供超610万美元资金，用于探索材料科学、激光技术、超导磁体、用于聚变建模和模拟的人工智能学习等领域，推动技术朝经济聚变能方向发展。
ORNL聚变能部门(FED)主任特洛伊·卡特称，INFUSE奖项彰显了国家实验室在推动聚变能研究发展和加强美国在该领域领导地位方面的关键作用，此类合作能运用知识和工具支持聚变产业需求。
ORNL的INFUSE合作项目如下：
一是中子辐照钨的机械特性研究。由ORNL材料科学与技术部的Xiang “Frank” Chen牵头，与马萨诸塞州的Commonwealth Fusion Systems公司合作。ARC是计划中SPARC的后继装置，SPARC是Commonwealth Fusion Systems正在建造的具有商业意义的实验托卡马克装置。ARC中面向等离子体的部件需承受极热及中子等粒子轰击，这些粒子会改变材料机械性能。该项目将分析作为主要候选材料的钨样品，此前已在ORNL高通量同位素反应堆辐照。ORNL和Commonwealth将测试钨和钨合金样品，观察辐射损伤是否影响材料由脆性变为延性的转变温度，此特性是反应堆组件设计关键。通过使用已辐照样品，Commonwealth可跳过数年辐照活动，加速ARC数据收集和开发。
二是利用ORNL先进光谱学对WHAM进行快离子约束研究。由ORNL聚变能部门的Keisuke Fujii领导，与威斯康星州的Realta Fusion合作。威斯康星高温超导轴对称镜实验(WHAM)是由威斯康星大学麦迪逊分校的Realta Fusion赞助的磁镜聚变系统，2024年7月产生第一团等离子体，但约束时间较短。为解决此问题并更好预测设备性能，Realta正在开发和验证等离子体粒子行为计算模型，纳入RealTwin™平台(创建模拟整个设备的数字孪生)。ORNL将提供关键诊断数据，测量整个等离子体中的中性粒子和快离子密度，验证模型并指导减少能量损失策略。先进实验设施与ORNL诊断专业知识结合，将提高RealTwin平台性能和可靠性，为Realta下一步镜像设备Anvil奠定基础，使聚变能更接近商业可行性。
三是模拟惯性聚变中子对腔室射流动力学的热和动量影响。该项目由ORNL核能与燃料循环部门的Arpan Sircar牵头，与科罗拉多州的Xcimer Energy公司合作。Xcimer Energy提供聚变能的方法与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的实验性国家点火装置类似，但设备利用高能激光在名为HYLIFE-III的特殊腔室中点燃更大燃料球。该腔室使用FLiBe锂熔盐射流作冷却剂，并采用氚增殖介质和辐射屏蔽保护腔室。腔室产生的微爆炸将中子射出的热量和动量传递给流体射流，可能影响射流性能和腔室屏蔽。ORNL将采用聚变能反应堆模型积分器(FERMI)模拟中子 - 流体相互作用。FERMI是高保真度、多物理场仿真框架，最初用于模拟磁聚变反应堆的中子学、计算流体动力学和结构力学。若成功，FERMI将帮助Xcimer改进设计，提供反应堆腔室屏蔽效果及每次发射后重置速度的见解。
ORNL的公私合作伙伴关系负责人兼INFUSE主任Arnie Lumsdaine表示，公共和私营部门对INFUSE的兴趣持续增长，今年申请数量再创新高，项目资金增长也表明其是美国能源部优先事项，期待今年项目取得成功。
INFUSE项目由美国能源部科学办公室下的聚变能源科学办公室赞助，由ORNL和普林斯顿等离子体物理实验室管理。今年获奖的其他项目可在INFUSE网站查询。德克萨斯大学巴特尔分校代表美国能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，致力于解决时代紧迫挑战，更多信息可访问energy.gov/science。
