2022年，随着美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）首次在核聚变反应中可实现“净能量增益”，全球对惯性约束聚变的兴趣迅速增长。而作为磁约束核聚变研究阵营的代表国家，德国也从2022年开始逐步探索惯性激光聚变路线。近日，德国联邦教育与研究部（Bundesministerium für Bildung und Forschung，BMBF）资助的IFE Targetry HUB（Inertial Fusion Energy Targetry HUB for DT Inertial Fusion）项目启动，有望为德国实现聚变能源的商业化应用奠定坚实的基础。
一、IFE Targetry HUB
IFE Targetry HUB由Fraunhofer IAF牵头，汇聚了德国本土15家工业企业和科研机构，旨在推进可规模化生产的技术，比如泡沫增材制造、等离子涂层和靶材的细致表征。这15家成员单位包括7家企业，8家科研机构。
7家企业分别是：
- Focused Energy GmbH
- KERN Microtechnik
- Diamond Materials
- Plasmatreat GmbH
- LightFab GmbH
- ModuleWorks GmbH
- Herkula Farben GmbH
8家科研机构分别来自于卡尔斯鲁厄理工学院、达姆施塔特工业大学以及弗劳恩霍夫协会：
- Karlsruhe Institute of Technology—Tritium Laboratory Karlsruhe (KIT-TLK)
- Institute for Nuclear Physics (IKP，Technical University of Darmstadt)
- Institute for Nano- and Microfluidics (NMF，Technical University of Darmstadt)
- Institute for Production Engineering and Forming Machines (PtU，Technical University of Darmstadt)
- Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF (coordinator)
- Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT
- Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM
- Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS—Development Center X-ray Technology EZRT
二、Fraunhofer IAF
提到德国的惯性激光聚变研究，就不得不提德国弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer-Gesellschaft），它最早成立于1949年，现有员工超30,000人，目前是欧洲最大的应用科学研究机构，下辖76家研究所。
Fraunhofer IAF，全称弗劳恩霍夫应用固体物理研究所，成立于1957年，总部位于德国弗莱堡，员工总数289人，主要从事基于III-V族半导体的电子和光学元件研究与开发。该所也是IFE Targetry HUB项目牵头方。
除了Fraunhofer IAF之外，Fraunhofer ILT（弗劳恩霍夫激光技术研究所）也参与了激光聚变组件的开发。该所专注于提高功率半导体激光模块效率，并探索自动化大规模生产的方法，以满足基于激光惯性约束聚变技术运行的商业化聚变发电厂的需求。
三、德国激光聚变政策初探
在此之前，德国的核聚变主要集中在磁约束路线上，著名的马克斯•普朗克等离子物理研究所（IPP）运营着托克马克反应堆ASDEX Upgrade和世界最大仿星器Wendelstein 7-X。
2022年5月，BMBF开始探索激光核聚变潜力的进程，并通过与德国科学和工业界的知名专家举行专家会议，勾勒出通往核聚变能源发电的路径。在此基础上，BMBF组建了激光聚变专家委员会，于2022年12月启动相关工作并由Fraunhofer ILT所长Constantin Häfner担任负责人。
2023年5月，激光聚变专家委员会向BMBF提交了《激光惯性约束核聚变备忘录》，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发电厂的技术，2045年左右建成首个IFE示范电厂。
2024年3月13日，BMBF公布了《聚变2040—通向聚变发电厂的研究》。该计划为包括激光聚变技术、磁约束技术等在内的多项聚变能技术提供资助，旨在抓住聚变这一解决能源问题的重大机遇，为德国跻身全球首批建造核聚变发电站的国家铺平道路。
2024年4月，BMBF宣布计划三年内投资1,800万欧元，旨在为未来的气候中和聚变发电厂系统开发关键技术。项目名称为PriFUSIO，由Fraunhofer ILT领导。
2024年11月，BMBF宣布正式启动了DioHELIOS项目。
四、德国代表性初创企业
在激光聚变领域，德国涌现了两家代表性企业，它们分别是：
Focused Energy：成立于2021年，是达姆施塔特大学和National Energetics的技术衍生公司。目标是利用聚焦质子束点燃毫米级球形氘/氚燃料靶的方法产生聚变反应。Focused Energy计划在2030年代中后期建立聚变试点工厂，目前正在旧金山湾区建设一个尖端的激光聚变开发设施。
Marvel Fusion：成立于2019年，总部位于德国慕尼黑。目标通过高强度短脉冲激光器和专有的纳米结构燃料靶材加速实现聚变能源商业化。2024年10月，美国科罗拉多州立大学宣布其与Marvel Fusion通过公私合作形式资助建造的激光聚变设施ATLAS正式开工，预计2026年年中建成并投入运行。
参考链接：
- https://www.photonics.com/Articles/German_Initiative_Aims_to_Develop_Scale_Inertial/p5/a70609
- https://www.iaf.fraunhofer.de/en/media-library/newsarchive/kickoff-inertial-fusion-targetry-hub.html
- https://www.fraunhofer.cn/plus/list.php?tid=2