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导语
2026年9月18日，美国聚变公司Inertia Enterprises向Heatmap透露，公司完成了一项高保真数值模拟，结果显示其首座商业聚变设施理论上可实现超过25倍的聚变能量增益，并有望产生超过250 MW的电力。
该设计采用与美国国家点火装置（NIF）相同的惯性约束聚变路线，但装置规模和运行频率均将大幅提升。
一、从NIF的点火实验走向商业化设计
Inertia成立于2025年，由劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）现任及前任科学家创立。目前，公司正与LLNL开展正式研究合作，采用与NIF相同的技术路线：利用高功率激光照射微小的聚变燃料靶丸，将其快速压缩，使燃料发生聚变并释放能量。
此次公布的结果来自一次虚拟打靶（virtual shot）。由于Inertia的装置尚未建成，公司利用高保真计算机模拟，对未来商业设施的聚变性能进行预测。
下图：Inertia设计的模拟产额（紫色阴影区域，为其10 MJ级商业靶设计的集成辐射流体动力学模拟），采用与NIF点火实验设计相同的LLNL设计代码框架。
图片来源：公开资料
Inertia表示，这套模拟采用了LLNL用于NIF点火实验的同类设计代码，并经过真实实验结果的标定和验证。模拟同时考虑了靶丸缺陷、激光性能波动、激光能量传输以及靶丸注入误差等因素。
公司联合创始人Annie Kritcher表示：“我们模拟了聚变实验中已知会发生的各种过程，并使用经过NIF点火实验验证的最高保真度物理模型，来预测Inertia装置未来的表现。”
下图：Annie Kritcher
图片来源：公开资料
根据模拟结果，Inertia首座商业规模设施有望产生超过250 MW的电力，聚变能量产出则超过注入激光能量的25倍。
二、为什么强调“25倍”？
截至目前，唯一在实验中实现过聚变能量增益的设施是LLNL的国家点火装置（NIF）。
NIF的点火实验长期运行在所谓的点火悬崖（ignition cliff）附近——即点火阈值附近产额急剧下降的陡峭响应区。在这一区域，燃料靶丸的微小缺陷或激光性能的轻微变化，都可能导致聚变产额断崖式下跌甚至点火失败；反之亦然。
Inertia则试图让未来的装置运行在明显高于这一阈值的区域。Kritcher表示，即使实验条件存在一定波动，系统的聚变能量产出也只会出现有限程度的下降，而不会直接导致点火失败。
这也是Inertia强调此次模拟结果的原因之一。
但Kritcher认为，Inertia的模拟具有不同之处：其电厂设计建立在NIF已经通过真实实验验证的物理基础上。她认为，与尚未通过实际装置验证的其他技术路线相比，这种设计所面临的外推风险更低。
三、从NIF的0.7倍到真正的能量增益
Kritcher本人长期参与NIF实验，因此对从模拟走向真实实验过程中可能出现的问题有直接经验。
2011年，NIF首次尝试实现点火时，Kritcher还是LLNL的博士后研究人员。当时她相信实验能够成功，但最终结果与目标相差数个数量级。
她将这一经历归因于当时模型中尚未认识到的未知量，以及尚未纳入模型的部分物理过程。
此后，NIF经过多年实验逐步解决这些问题。2021年，NIF一次实验产生的聚变能量达到驱动能量的约70%，距离能量增益更进一步。科学家认为，这次实验已经展示出点火所需的自持聚变燃烧特征。
最终，NIF于2022年首次实现了聚变能量增益，成为迄今唯一通过真实实验实现这一结果的聚变设施。
Kritcher认为，Inertia目前所处的阶段，与NIF从2021年的0.7倍增益走向2022年能量增益的过程具有一定相似性。
“从第一次点火结果——0.7倍增益——到实现（净能量）增益，我们当时所做的改变，就是我现在认为我们正在Inertia上做的事情。”
她表示：“它现在已经能够工作，我们只是在把它做得更大、更好。”
四、商业装置将大幅扩大规模
该司称，尽管Inertia采用了与NIF相同的基本物理路线，但未来商业装置并不是NIF的简单放大版。
首先，Inertia计划使用的聚变靶的尺寸（及燃料装量）约为NIF的两倍，激光功率约为NIF的五倍。
在运行频率方面，两者的差距更加明显：NIF目前大约每周进行一次实验，而Inertia的目标是让商业设施达到每秒10次打靶。
此外，Inertia计划使用数千束能够独立调节的激光束，而NIF目前使用的是192束固定配置的激光。
这意味着，从实验室规模的点火实验走向商业聚变电厂，Inertia仍需要解决规模放大过程中可能出现的新问题。
Kritcher也承认，尽管目前的模拟已经纳入大量已知变量，但随着装置规模、激光功率和运行频率的大幅提升，仍可能存在尚未被发现的未知量。
不过，她对模拟结果最终能够转化为真实装置性能保持信心。目前，Kritcher仍担任LLNL高级科学家，并自2019年以来负责NIF聚变能实验的物理设计；与此同时，她也参与Inertia的技术开发。
对于Inertia而言，此次虚拟打靶并不是一次真实的聚变实验，而是基于NIF实验验证过的物理模型，对未来商业装置进行的一次高保真预测。下一步，这一预测能否经受实际工程建造和真实打靶实验的检验，仍有待后续验证。
参考阅读 📚
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