德国六州联合组建聚变研究联盟,整合技术资源,攻坚核聚变商业化瓶颈

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2025年10月31日,德国巴伐利亚、汉堡、黑森、梅克伦堡 - 前波美拉尼亚、萨克森及石勒苏益格 - 荷尔斯泰因六大联邦州代表齐聚慕尼黑,共同签署《各州聚变研究联盟核心要点》(Eckpunkte FUSIONSFORSCHUNGSALLIANZ der Länder)纲领文件,正式宣告聚变研究联盟(Allianz zur Fusionsforschung)成立。时隔12天后,德国HAMBURGNEWS于11月12日发布消息确认汉堡的加入。联盟成立不仅整合了德国六大州在核聚变领域的技术、设施与人才资源,更明确了一系列关键推进举措 —— 包括在比布利斯核电站旧址建设聚变园区、升级Wendelstein 7-X仿星器、研发ASDEX Upgrade后继装置等,为德欧突破核聚变商业化瓶颈、向建设全球首座示范聚变电站目标迈进奠定了核心基础。

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一、背景描述

六个联邦州联合成立核聚变研究联盟,并非偶然之举,而是基于能源战略需求、技术发展趋势、区域资源整合及应对全球竞争等多重背景因素共同驱动。

1. 全球能源转型与气候目标驱动:

在全球应对气候变化、推动低碳能源转型的大背景下,核聚变能源具有安全、清洁、燃料(氘从海水提取)储量充足且基本无碳排放的优势,是实现能源主权与长期气候中和的理想选择,联盟成立旨在集中力量攻克该技术,匹配德国 “可持续未来” 的能源战略目标。

2. 核聚变技术攻坚需协同突破:

当前核聚变技术处于从实验室向商业化过渡的关键阶段,激光诱导与磁约束两大路径分别面临高功率激光研发、高场磁线圈制造等细分难题,还需共同解决氚供应、墙体材料负荷等共性挑战。单州难以承担巨额投入与全领域技术突破。

3. 应对全球竞争以抢占领先地位:

美国、中国及欧洲其他力量均在加速布局核聚变,全球 “技术竞赛” 激烈。德国此前各州研发分散,缺乏协同,难以形成整体竞争力。

4. 满足国内产业升级与人才培养需求:

核聚变商业化可带动德国激光技术、精密制造、高温超导材料等优势产业升级,创造高附加值岗位;同时该领域需跨学科人才,当前存在缺口。

二、德国六州具体任务与分工

联盟基于各州既有资源禀赋与技术优势,明确了针对性的核心任务,形成 “各司其职、协同互补” 的研发格局,具体分工如下:

1. 黑森州:激光聚变 “科研 - 产业 - 商业化” 全链条枢纽

任务是牵头扩建比布利斯聚变园区(FusionsCampus Biblis),打造辐射全德的科学 - 经济创新生态系统。依托前比布利斯核电站存量资源,包括放射性物质(如氚)处理经验、储存处置设施、成熟电站运营团队;汇聚德国领先激光聚变初创企业、全球顶尖激光系统公司,并与达姆施塔特工业大学、GSI亥姆霍兹中心(PHELIX激光器提供基础研究支撑)紧密联动。具体举措

建设关键测试设施SubScale内爆装置与LaserHub,用于模拟靶丸压缩过程;

  • 规划示范和原型电站,验证激光聚变能量转化闭环;
  • 搭建跨学科研究网络与创新平台,培育激光聚变领域企业及供应链。目标是依托 “研- 技术整合 - 产业化 - 人才培养” 多环节协同,建成全球首座工业级聚变电站,推动黑森州能源经济与工业升级。

2. 梅克伦堡-前波美拉尼亚州:磁约束聚变核心实验与跨路径协同节点

核心任务:推进Wendelstein 7-X仿星器升级,建设高能量密度物理研究所,兼顾磁约束与激光聚变双路径研究。磁约束方向重点:升级IPP的 Wendelstein7-X(全球领先仿星器)—— 提高加热功率以产生接近反应堆工况的等离子体,实现从氢气到氘气的运行切换,验证仿星器高性能连续运行可行性;承接巴伐利亚州新建脉冲式仿星器的研究成果(专攻等离子体排热新概念),为W7-X的复杂改造(全组件水冷设计)提供技术参考。

激光聚变协同:参与HZDR、罗斯托克大学、European XFEL联合发起的惯性约束聚变申请,在罗斯托克基地依托 HZDR 筹建高能量密度物理研究所。

3. 萨克森州:激光聚变 “硬件研发 + 模拟工具” 双支撑基地

核心任务是强化HZDR的光聚变技术能力,打造 “设备开发 - 模拟优化 - 跨州协作” 的技术支撑体系。硬件设施建设:与Amplitude Laser Group共建联合实验室,开发高重复率、高对比度、高光束质量的高功率激光系统;

  • 推动PENELOPE激光系统(150J脉冲能量、1Hz频率)升级至满负荷运行,加强与德累斯顿工业大学在辐射源领域的合作。软件工具开发:依托HZDR下属的CASUS中心,研发激光聚变模拟工具,优化靶丸压缩稳定性,降低物理实验试错成本。跨州联动:支持在罗斯托克设立惯性约束聚变能源(IFE)研究所的联合申请,衔接全德激光聚变研究资源。

4. 石勒苏益格 - 荷尔斯泰因州 & 汉堡:聚变研究 “高精度诊断” 核心平台

核心任务是扩建European XFEL的聚变相关基础设施,提供极端条件下物质状态的诊断支撑。设施与技术优势:依托European XFEL的极强 X 射线激光脉冲(高相干性、高光谱亮度),结合DESY与HZDR共建的 “高能量密度(HED)仪器”,成为激光聚变中温稠密物质诊断的核心平台。具体升级:整合千焦耳级高功率激光器与超短 X 射线脉冲,实现瞬态聚变过程的时间分辨测量,验证新型聚变靶材有效性;计划2-3年内完成扩建,打造国际知名的极端物质状态研究平台。协作网络:依托现有建筑、科研团队及与激光聚变初创公司的合作,形成 “诊断技术 - 研发应用” 协同生态。

5. 巴伐利亚州:磁约束聚变 “技术突破 + 能力延续” 牵头方

核心任务是主导ASDEX Upgrade后继仿星器建设,推进仿星器技术商业化验证,兼顾激光聚变基础研究。磁约束核心项目:

以PPP(公私合作伙伴关系,Public-Private Partnership的缩写)模式建造新一代仿星器 —— 与W7-X尺寸相当,磁场强度提升4倍,相同加热功率下能量输出提高300倍;

由加兴IPP(马克斯・普朗克等离子体物理研究所(Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP) 的加兴分支,位于德国巴伐利亚州加兴市)提供磁体构型设计与运行技术支持,工业界基于装置成果开发高温超导线圈等商用反应堆部件;

保障ASDEX Upgrade持续运行至新装置建成,为ITER实验提供支撑,保留700名专业人员的核心能力。激光聚变参与:通过慕尼黑大学CALA中心(运营ATLAS激光器)与初创公司合作,参与激光聚变基础开发。

三、跨州协作与生态构建细节

1. 人才培养与学术联动人才梯队建设:联盟培养科研人员、工程师及技术工人,联合职校开发核聚变设备相关专项课程;各州需对齐本地人才计划与联盟目标,如巴伐利亚州慕尼黑大学CALA中心课程需匹配激光聚变设施需求。

跨州学术平台:拟设 “跨州核聚变硕士项目”,采用 “联合授课 + 异地实习” 模式覆盖多州研究场景;每年举办跨州研讨会,组织各方同步进展,如2026年拟议氚回收、靶丸制造相关议题。

2. 资源共享与产业联动科研设施开放规则:实行 “双向开放”,科研机构可跨州用设施(如萨克森州PENELOPE装置对黑森州团队开放),企业可申请技术验证(如在European XFEL测试部件);按优先级排序使用,核心项目优先,非联盟项目需排队付费。

供应链整合细节:建供应链数据库匹配各州企业需求;关键部件推动跨州联合研发,牵头州组织专项小组统一标准、分摊成本,如靶丸制造领域拟制定商用标准。

3. 国际合作定位

以 “欧洲合作为核心,辐射全球”,深度参与欧洲核聚变项目并共享成果、争取资金;选择性与美、中开展基础研究合作,在商用反应堆技术等领域做好技术保护。

四、补充关于德国的核聚变科研基础

关于Max Planck Institute for Plasma Physics

IPP马克斯·普朗克等离子体物理研究所(Max-Planck-Institute for Plasma Physics,IPP),是欧洲最大的聚变研究中心,成立于1960年,在Garching、Greifswald分别设有分支,隶属于马克斯·普朗克学会。IPP研究领域覆盖高温氢等离子体在磁场中的限制、等离子体加热、等离子体诊断、磁场技术、数据采集和处理、等离子体控制、等离子体理论、材料研究和等离子体-壁相互作用。

作为EUROfusion联盟的成员和协调者,IPP负责对高温等离子体进行实验和理论研究,并处理等离子体-壁相互作用的相关问题,目的是确定设计聚变发电厂的物理原理。

Wendelstein 7-X(简称W7-X):2015年投入运行,是目前全球最大、最复杂的仿星器聚变装置,由IPP Greifswald负责运营。W7-X的磁场由50个非平面线圈(non-planar coils)和20个平面线圈(planar coils)提供,分为5个对称的区域,模块化线圈结构设计使得等离子体可以实现稳态运行。W7-X装置前身为1988-2002年运行的Wendelstein 7-AS,由IPP Gaching负责运营。

ASDEX Upgrade(Axially Symmetric Divertor Experiment Upgrade):即轴向对称偏滤器试验升级版。该装置于1991年开始运行,位于德国IPP Garching Branch,现如今已是德国最大的托卡马克实验装置。

ASDEX Upgarde是一个实验性的托卡马克聚变研究设备,旨在为国际热核聚变实验堆(ITER)和未来的聚变发电站DEMO提供物理基础。装置通过匹配等离子体密度、等离子体压力和壁面负荷等关键等离子体属性,来模拟未来聚变电厂的条件。

4. 关于

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf,ZDR

德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心(Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf,简称HZDR)

:是德国亥姆霍兹国家研究中心联合会成员,专注于能源、健康和物质三大领域的前沿跨学科研究。HZDR在激光核聚变(惯性约束聚变)领域处于国际领先地位,拥有DRACOPENELOPE等高功率激光装置,并与欧洲XFEL、美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)等国际顶尖机构合作开展聚变研究。

5. 关于慕尼黑大学CALA中心(Center for Advanced Laser Applications)

它是慕尼黑大学与马克斯·普朗克量子光学研究所联合成立的前沿研究机构,专注于激光物理与激光驱动粒子加速器技术。CALA中心配备了

ATLAS-3000激光器,这是世界上最强大的激光器之一,能够产生飞秒级超短脉冲,为研究物质在超短时间尺度上的行为开辟了新的视角。

参考链接:

  • https://hamburg-business.com/en/news/hamburg-joins-alliance-on-fusion-research
  • https://www.stmwk.bayern.de/pressemitteilung/12954/nr-o-nr-vom-31-10-2025.html
  • https://www.diesachsen.de/wissenschaft/bundeslaender-gruenden-allianz-zur-fusionsforschung-3070058
  • https://www.medienservice.sachsen.de/medien/news/1091950