2023年5月，美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory，LANL）的科学家Osman El Atwaniq牵头成功开发出一款纳米晶高熵合金，并在类似于聚变反应堆原型的模拟极端环境中表现良好。为了化解钨材料在熔融条件下降解和变形所带来的不良影响，团队最终选择了铪元素（Hf）作为合金混合物，并在LANL、UKAEA、波兰华沙大学等多个机构进行的模拟，结果显示该种合金在高温和极端辐照环境中显示出良好的抗辐照性和稳定性。该论文已在2023年5月的《NATURE》杂志上发表。
从左至右，团队成员分别为：Matthew Chancey、Jon (Kevin) Baldwin、Jonathan Gigax、Saryu Fensin、Matheus Tunes、Osman El Atwani
一、实验室概况
洛斯·阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory，LANL）成立于1943年，位于美国西南部的新墨西哥州，现为美国最重要的科学和技术研发机构之一，特别是在核武器研发历史和国防技术方面占据重要地位。LANL隶属于美国能源部，现有Triad National Security LLC（三合会国家安全有限责任公司）负责管理和运营，现有员工超过12,000人，年预算约40亿美元。
实验室首任主任，是美国曼哈顿计划的领导者、被誉为”原子弹之父“的罗伯特·奥本海默，曾于1943-1945年担任洛斯阿拉莫斯的首任主任。在他的带领下，实验室研制出世界上第一颗原子弹。
二、研究领域
LANL自成立以来，一直肩负着维护核武器开发、维护国家安全的使命。作为美国能源部的下属国家实验室，LANL的研究领域涵盖了能源、环境、基础设施、健康和全球安全等诸多方面，具体包括：
1. 信息、科学与技术（IST）：高性能计算与模拟、数据科学与机器学习、网络安全、量子信息科学。
2. 核与粒子未来（NPF）：覆盖核武器设计与评估、基础粒子物理研究、核不扩散及核材料监控、天体物理学。
3. 复杂自然和工程系统（CNES）：气候与地球系统、科学能源系统、生物系统与生态学、基础设施与安全。
4. 材料科学（MFF）：先进材料设计与合成、纳米材料与纳米技术、量子材料、材料表征与模拟。
5. 物质与核心研究（SOS）：传感技术、成像技术分析、化学与核探测。
6. 武器科学（WS）：核武器物理、核武器工程、高能物理实验。
除上述6个主要研究方向外，LANL还运营着3个主要的用户设施，分别是集成纳米技术中心（CINT）、洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）和国家高磁场实验室 （NHMFL）。
在核聚变研究领域，LANL主要在围绕以下五个方面开展研究：
1. 聚变理论与建模：全装置建模，磁流体力学（MHD），粒子在细胞中（PIC）和Vlasov方程代码。
2. 诊断：涵盖磁化和惯性聚变等离子体的核、粒子和光学诊断。
3. 材料：理论与建模，高熵合金的全开发。
4. 氚：TSTA（氚系统测试设备）历史数据，氢处理实验室，氚系统设计。
5. 惯性聚变能量靶设计：独特的全直驱和间接驱动设计能力，用于快速点火的动粒子加速能力
三、实验室沿革
-1943年，实验室最早的前身“Y Project”成立，作为曼哈顿计划下从事原子弹研究开发的机构。
-1945年，正式以Los Alamos被公众知晓。
-1945年，在奥本海默带领下，LANL成功研制了世界上第一颗原子弹。
-1947年，正式更名为洛斯阿拉莫斯科学实验室 （LASL）。
-1951年，LANL的科学家“Operation Greenhouse George”核试验中验证了核聚变能原理，首次在地球上产生聚变能。
-1952年冬季，James Tuck领导了“Perhapsatron”项目建设，首次尝试使用Pinch方式实现聚变。
-1952年11月1日，美国在太平洋上的埃内韦塔克环礁成功引爆了Ivy Mike（世界上第一个热核装置），这标志着热核武器时代的开始。
-1958年，第一次在热核聚变中产生中子。
-1964年，Scylla IV的温度超过了4000万度，约束时间不到百万分之一秒。
-1974年，LANL完成了Scyllac机器的开发，C代表闭合。
-1975年，高能二氧化碳激光系统Antares投入使用，并于1985年结束运行。
-1992年，美国宣布停止所有地下核试验。LANL因此开始推行“科学基础核武器保障计划”（Stockpile Stewardship Program），利用高性能计算和实验手段确保核武器的安全性和可靠性。
四、聚变装置
1. Scylla：世界上首个产生中子的热核聚变实验装置。
2. FRX-L（Field-Reversed Configuration Experiment-Los Alamos）：用于等离子体的生成、测试和诊断的场反位形装置。工作原理是：首先通过变压器耦合电流在石英管内的气体中生成低密度等离子体（通常用于测试的是非燃料气体）。这种方法将等离子体加热到大约200电子伏特（约230万摄氏度）。外部磁场将燃料限制在石英管内。由于等离子体具有导电性，从而允许电流通过，这种电流会产生一个与电流相互作用的磁场。等离子体被排列成在设定后磁场和电流能够稳定存在的状态，从而自我约束等离子体。FRX-L后来升级增加了一个喷射系统。这个系统位于石英管周围，由一组锥形排列的磁线圈组成。当通电时，线圈产生的磁场在管的一端较强，而另一端较弱，将等离子体推向较大的端口。
3. PLX（Plasma Liner Experiment）：即等离子衬里实验。实验使用排列在球体中的等离子枪发射电离气体，以压缩和加热预注入的聚变燃料目标等离子体。据悉，实验将于2024年结束。
五、合作企业
1. Tokamak Energy：成立于2009年，一家总部位于英国牛津。该公司专注于具有高温超导（HTS）磁体的球形托卡马克的开发，并计划于2030年代寻求商业聚变能源的全球部署。它还在开发用于其他应用的HTS磁体技术。LANL与Tokamak Energy合作，在托卡马克设备中制造和表征用于辐射屏蔽的过渡金属氢化物。
2. ZAP Energy：成立于2017年，总部位于美国西雅图。ZAP Energy正在开发一种Z箍缩技术，通过过热材料灯丝驱动电流，产生强大的磁场，从而压缩等离子体。同时，ZAP Energy正在建造一个低成本、紧凑且可扩展的聚变能源平台，该平台无需昂贵复杂的磁线圈或高功率激光器就能限制和压缩等离子体，每个平台模块预计产生50MW的电力，模块化设计能够实现向小社区供电，规模化可以满足城市的用电需求。目前，FuZe装置实现了1-3keV等离子体电子温度，大约相当于1,100万-3,700万摄氏度。LANL为Zap Energy的FuZE装置的z-pinch实验提供关键诊断测量。
3. Helion Energy：成立于2013年，总部位于美国华盛顿州埃弗雷特。他们正在开发一种磁惯性聚变技术，通过中子聚变产生氦 3 和聚变能量。Helion 正在建造世界上第一个聚变电力示范设施。他们的脉冲非点火技术将能够以低成本 24/7 全天候发电，取代目前世界所依赖的能源，从而为未来提供无限、可靠和负担得起的清洁电力。用于加速Polaris（Helion在建的核聚变电站）的建设。LANL与Helion Energy合作，共同研究了一种先进的高能等离子体加热和约束系统，这一系统利用了电磁旋涡电流来实现高效的等离子体加热。
