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6月27日,慕尼黑國際光博會來到了最后一天。為期四天的展會,匯集了眾多國內外知名光電和激光企業(yè),展商們在推陳出新的同時,也將目光瞄向了更遠的未來。尖端前沿領域的應用和拓展,將成為激光行業(yè)接下來蓄勢待發(fā)的增長點。
克服供應鏈挑戰(zhàn),激光聚變或實現商業(yè)化
在技術論壇方面,弗勞恩霍夫激光技術研究所所長Constantin Häfner以美國國家點火裝置(NIF)的最新進展開篇:繼2022年12月實現“聚變點火”突破后,NIF團隊近期以2.1兆焦耳激光輸入獲得8.6兆焦耳能量輸出,能量增益因子從最初略高于1提升至4以上。
他指出,盡管聚變初創(chuàng)企業(yè)已獲90億美元投資,但要實現經濟可行性,需同步提升能量增益與關鍵技術的生產規(guī)模、降低成本。未來聚變能源所需的二極管泵浦固體激光器中,數千個二極管發(fā)射器(占總成本60%)和大尺寸光學元件是主要成本構成。
弗勞恩霍夫激光技術研究所所長Constantin Häfner
理想情況下,400束7.5千焦耳激光在16赫茲重復頻率下可構建3兆焦耳系統(等效平均功率120千瓦)。Häfner教授呼吁光子學界借鑒汽車行業(yè)經驗,應對規(guī)?;魬?zhàn)——聚變電站激光元件未來年市場規(guī)模可能超千億美元,遠超當前全球激光市場230億美元規(guī)模。
針對Häfner教授的發(fā)問,西門子能源轉型技術高級副總裁Thomas Thiemann指出,在可再生能源主導的電網體系中,聚變將與小型模塊化裂變堆、氫能設施競爭。若突破規(guī)?;系K,原型聚變電站或于2035年面世,2040年實現商用化。西門子已與慕尼黑Marvel Fusion簽訂非獨家開發(fā)協議,探索激光聚變能源潛力。
激光核聚變概念圖
ams Osram首席技術官Ulrich Steegmüller建議激光行業(yè)借鑒LED產業(yè)經驗:通過砷化鎵晶圓量產工藝,將準連續(xù)波激光巴條功率從當前500瓦/60%效率提升至940納米1千瓦、880納米800瓦/70%效率。建立滿足每周數千片晶圓需求的供應鏈(特別是鎵材料供應)將是關鍵挑戰(zhàn)。
談及光學元件方面的挑戰(zhàn),來自Heraeus Covantics的Frank Nürnberg強調,未來需要數百噸熔融石英材料制造聚變激光光學元件,但此類材料交貨周期漫長。目前,公司正通過德國PriFUSIO項目開發(fā)新型鈰摻雜熔融石英材料以縮短周期。
NIF的聚變爆炸被約束在一個直徑10米的鋁制反應艙內,該反應艙外部包裹混凝土(圖中中央藍色球體),表面密布激光束管道與診斷儀器
耶拿Layertec公司CEO Alexander Ancsin指出,米級光學元件的精密研磨、拋光、清洗、鍍膜及檢測構成另一重大挑戰(zhàn)。現在,鍍膜工藝占元件總成本近三分之一,需通過生產流程優(yōu)化與檢測自動化降低成本。
與會的專家們達成共識:除聚變應用外,開拓其他應用場景對保障產業(yè)可持續(xù)性,同樣至關重要。若能克服激光二極管與大尺寸光學元件制造商面臨的諸多挑戰(zhàn),商用激光聚變能源電站有望在2040年前實現規(guī)模化部署。
出口歐洲的國產設備,將面臨更大安全監(jiān)管
在本屆展會的“激光材料加工論壇”應用專題會上,與會專家聚焦激光設備安全隱患問題。會上有專家指出,不符合安全規(guī)范的設備不僅導致操作人員重傷甚至死亡,其低價傾銷更造成市場扭曲——未配備防護裝置的激光器或危險運動部件,使得劣質設備成本遠低于符合最高安全標準的機型。
通快奧地利公司產品管理與國際銷售部主管Alexander Kunz
通快奧地利公司Alexander Kunz指出:近年來歐洲市場涌現大量技術不達標的激光設備,盡管貼有CE標志,卻不符合歐盟指令與安全標準。部分制造商并非蓄意違規(guī),而是對法規(guī)缺乏認知。另一方面,歐洲各國的市場監(jiān)管機構也缺乏足夠資源對激光市場進行全面管控。
值得一提的是,Kunz特別澄清:CE標志并非安全認證證書,它僅是制造商對符合標準的自我聲明。他同時列舉了工業(yè)激光設備的四大危險源:輻射熱、空氣污染、機械隱患和電氣風險,任何一項管控不當都可能致命。低價不安全設備還會給用戶帶來重大財務風險——一旦被認定存在責任問題,設備可能迅速貶值或無法轉售。
激光材料加工論壇現場
根據德國機械設備制造業(yè)聯合會(VDMA)數據,過去十年中國激光設備、折彎機和沖壓機進口額增長超400%,達26億歐元。目前,德國本土企業(yè)已對多家銷售不安全設備的供應商提起訴訟,包括一樁通過荷蘭進口的中國設備案。民事法庭上的勝訴成功,阻止該供應商繼續(xù)向德國出口安全防護不合規(guī)范的激光設備,此判例具有重要的參考價值。