2023年12月，美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）宣布通过INFUSE计划与Tokamak Energy Inc. 、Kyoto Fusioneering、Realta Fusion三家核聚变商业化公司开展合作，以解决核聚变发电面临的技术难题。这三个项目分别是：
- 镍掺杂钢的HFIR辐照后检验：通过ORNL的HFIR（高通量同位素反应堆）辐照模拟聚变反应堆内镍掺杂钢的严重中子损伤，能够研究材料在长时间聚变中子照射期间所经历的硬化、脆化和膨胀，并确定用于结构应用的最佳候选材料。
- 评估锂铅混合物在包层系统中氚增殖的效果：研究液态锂铅作为聚变包层系统中冷却剂的使用情况，旨在为未来的包层设计找到平衡腐蚀速率、工作温度和更好的氚增殖率的最佳锂铅混合物。
- 便携式诊断包用于评估轴对称镜性能：研究人员使用ORNL便携式诊断包评估威斯康星高温超导轴对称镜（Axisymmetric Mirror），这是新型磁镜聚变反应堆端室的原型，该评估将有助于估算镜子和聚变体积中子源的成本和性能。
基本概况
ORNL位于美国东南部的田纳西州，前身可追溯到1943年成立的克林顿实验室（Clinton Laboratory），当时是作为曼哈顿计划的一部分，专门从事铀同位素分离技术开发。如今该实验室由UT Battelle LLC负责管理和运营，现已成为美国能源部（DOE）下属最大、最多样化的综合性国家实验室，研究范围也从原子能扩展到生物、医疗、超级计算、环境等领域。
实验室现有员工超6,000人，每年的研发预算高达27亿美元。自2010年以来，已取得超过1,000项美国专利授权。先后有145人获得R&D100 AWARDS，这在美国能源部下属所有的实验室中排名首位。
组织架构
ORNL现下设8个研发中心：
- 生物与系统环境科学中心
- 计算与计算科学中心
- 能源科学与技术中心
- 聚变与裂变能源与科学中心
- 同位素科学与工程中心
- 国家安全科学中心
- 中子科学中心
- 物理学中心
同时还有5个运营中心：
- 商业服务中心
- 环境、安全、健康与质量中心
- 设施与运营中心
- 人力资源中心
- 信息技术服务中心
研究领域
ORNL主要从事复杂生物系统、高性能计算、能源、中子科学、先进材料和国家安全等方面的研究。实验室是全球领先的中子和核能研究机构，包括散裂中子源、高通量同位素反应堆和纳米相材料科学中心。
在高性能计算领域，在2024年5月德国汉堡举办的国际超算大会上，ORNL和AMD合作的Frontier以1.206 EFlop/s的峰值性能在全球超级计算机Top500榜单排名第一。
发展里程碑
-1942年2月，克林顿实验室开工建设。
-1943年，世界上第一台连续运转的石墨反应堆（核裂变）建成。
-1944年，石墨反应堆生产出钚，为生产结束二战的原子弹所需钚的Hanford反应堆做好准备。
-1945年 在石墨反应堆上发现元素61（钷），并在反应堆上首次开展中子散射研究。
-1948年1月，克林顿实验室更名为橡树岭国家实验室。
-1952年，建造ORNL第一台重离子回旋加速器。
-1957年，ORNL第一台聚变研究装置建成。
-1958年，橡树岭研究性反应堆开始运行。
-1962年，开展辐射防护物理研究。
-1968年，设计出能更好抗中子诱导膨胀的不锈钢合金。
-1969年，利用新的橡树岭电子直线加速器首次进行了中子截面测量。
-1970年，ORNL第一台用于等离子体物理实验的托卡马克聚变研究装置运行。
-1977年，启动建设超导电磁铁。
-1979年，ORNL的中性注入器帮助PPPL创造了聚变等离子体温度创造记录。
-1982年，在大线圈测试设备上对超导磁铁成功地进行了测试。
-1987年，运用激光器制造高温超导材料。
-1988年，启动先进环形仿星器装置研究。
-1995年，发明了制造高温超导线的RABiTSTM方法。
-2000年，聚变能理论学家开始设计准-磁场极向仿星器。
-2001年，开发出超导变压器和高温超导电缆。
-2006年，散裂中子源正式投入运营。-2006年，ITER US在ORNL成立。
参与的聚变装置
ORMAK：1971年投入使用，是第一个实现2,000万开尔文等离子体温度的托卡马克，1973年扩大升级并改名为ORMAK II。
MPEX（Material Plasma Exposure eXperiment）：即材料等离子体暴露实验，旨在构建一种首创的线性等离子体装置，以支持研究等离子体相互作用对未来聚变反应堆所需材料的长期影响。
TJ-II：该装置是西班牙国家实验室研发的氦仿星器装置，也是全球第二大仿星器装置（仅次于德国W7-X）。主要参数为：大半径为1.5m，平均小半径0.22m，磁场强度为1T。TJ-II主要研究磁约束下等离子体的物理特性，最高温度通过微波加热（800kW，53GHz）和加速中性氢气束（1.6MW和30keV）实现。1997年产生第一个等离子体。
ST40：ORNL与Tokamak Energy、PPPL共同研发设计的球形托卡马克装置。该装置直径不足一米，在2023年实现了一亿摄氏度的等离子体温度，虽然只持续了150毫秒，但这是首次在球形托卡马克装置中实现这一温度。
ITER：ITER US设在ORNL，并由ORNL与普林斯顿等离子体物理实验室（Pricenton Plasma For Physical，PPPL）和萨凡纳河国家实验室（Savannah River National Laboratory，SRNL）承担磁体系统的超导体、中心电磁铁、高功率的微波和射频传输线、低温颗粒等离子体燃料、高通量氚处理系统等任务。
前几期，我们分别讲述了普林斯顿、劳伦斯利弗莫尔等实验室。他们在核聚变领域，特别是在实验装置的研究上有很深厚的积累。橡树岭国家实验室更为看重核聚变的商业化应用，通过与Tokamak Energy、Kyoto Fusioneering、Realta Fusion等商业化聚变公司开展合作，专注于解决商业化的技术难题，以加速聚变能源的到来。
参考链接：
- https://www.ornl.gov/news/ornl-lead-three-public-private-fusion-projects-through-infuse-program
- https://en.wikipedia.org/wiki/Oak_Ridge_National_Laboratory
- https://www.ornl.gov/content/solving-big-problems