美国核管理委员会预计，在2030年代，将有几种不同的聚变技术实现商业化。美国核管理委员会希望在商业化开始之前完成聚变发展监管规定的制定，对此，开发商也表示同意。

1 、商业化部署计划推动监管规定的制定

劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置靶室

美国核管理委员会(US NRC)正在推进聚变工业协会(FIA)所称的“激进计划”，以许可和监管聚变反应堆的发展。

2023年1月3日，聚变发展监管规定制定工作正式启动，当时美国核管理委员会工作人员根据行业咨询提交了一份题为《聚变能系统许可和监管方案》的文章。

这一过程也即将结束：美国核管理委员会计划在2025年5月底公布其拟议的相关规定，并在2026年10月公布最终规定。

美国核管理委员会工作人员在其最初的文件中解释说，聚变研究和开发活动以前主要是在美国能源部(DOE)的赞助下进行的。

关于推进聚变技术和等离子体物理学科学有关的研究和开发活动，主要由美国能源部在加利福尼亚州圣地亚哥的DⅢ-D国家聚变设施(National Fusion Facility)等设施中进行，也包括新泽西州普林斯顿的托卡马克聚变试验反应堆和国家球形环实验，加利福尼亚州利弗莫尔的国家点火设施。

加利福尼亚州、纽约州、华盛顿州和威斯康星州均已获得聚变研究与开发活动的许可。

DⅢ-D国家聚变计划设施中的可操纵中性束注入器

2009年，该领域预计聚变能装置的发展将需要一个监管框架，但当时美国核管理委员会认为，在开发上投入大量资源还为时过早，并指示工作人员等到聚变技术的商业部署变得更加可预测。

但商业公司现在的目标是在2030年代进行系统的商业化部署，因此在2020年，委员会指示美国核管理委员会工作人员考虑对聚变反应堆设计进行适当处理(这一规则制定将与正在进行的先进核裂变反应堆规则制定分开进行，后者将创建《美国联邦法规》第10篇第53部分)。

为核聚变制定专门的监管路径可能带来的优势，证明了监管规定制定的合理性。

规定将把预期的聚变能源系统纳入副产品材料监管框架;确保现场储存的大量氚有适当的安全要求;更新应用程序要求的内容，以便适当应用和扩展现有要求(例如应急准备、财务保证和设施设计);为行业提供监管确定性，为公共利益相关者提供明确性;统一核管理委员会和协议州管辖范围内的聚变能系统许可、监管和监督要求;增加决策标准，以确定特定的聚变能系统是否是利用设施;减少使用豁免、许可证条件或适用适当监管标准的命令的潜在需求。

2、聚变规则制定

普林斯顿托卡马克聚变试验堆的全景图

在其“选项”文件中，工作人员阐述了裂变和聚变之间的一些根本区别。

聚变不涉及钚或铀-235材料，因此NRC文件中定义核裂变反应堆的自持中子链式反应不可能用到聚变方面，聚变也没有相关的裂变产物危险。

核聚变中使用的氚和其他放射性物质，通常被美国核管理委员会归类为副产品。

聚变中有三种常见的等离子体约束方法：磁性、惯性和磁惯性。

聚变装置通常要保持真空环境，等离子体中的带电粒子(如自由电子和原子核)在该环境中发生反应。

通过加速粒子并传递动能(即提高等离子体温度，并将产生的粒子排放到介质中(进入等离子体、墙壁或增殖毯，产生放射性物质，如氚和其他活化产物)。

聚变工业协会的一项调查显示，聚变电厂的火力发电量预计从千瓦到吉瓦不等。

商业聚变发电厂的预期氚库存预计将低于100克，在运行期间，等离子体中的氚实际含量为0.1克或更少。

在聚变装置容器破裂和真空丧失的情况下，维持聚变反应的等离子体将坍塌，反应随之结束，并最大限度地减少驱动放射性释放的能量和可用于释放的材料。

此外，聚变装置意外大功率偏移等情况发生的可能性更低，因为聚变的持续必须不断引入新的燃料，并去除燃烧的燃料，才可以维持聚变反应。

因此，保护公众健康和安全的关键方面是：

放射性物质的封存;伽马和中子辐射屏蔽;是否存在用于增殖氚的支持系统;以及现场氚或其他放射性核素的库存，这些放射性核素可能数量巨大并渗透到结构材料中。

大型工业能源生产设施的典型危害，如：高磁场;等离子体破裂引起的热冲击;冷却液损失;氢气或粉尘爆炸;化学危害、低温释放;使用高功率激光器。

聚变能系统可能使用低活化材料(如铁素体/马氏体钢、钒合金和碳化硅/碳化硅复合材料)，并且它们不会产生需要冷却才能转移到储存库的长寿命、高放射性废物。

因此，聚变能源系统的大部分废物将是低放射性的。

然而，一些拟议的设计可能会产生超过C11级的废物和氚化废物，在商业规模聚变能源系统的开发商准备许可时需要对其进行评估。

废物量的处置途径将是许可系统的一部分，并有退役资金计划。

美国核管理委员会了解到，根据设计、使用的材料和系统的操作方式，来自聚变系统的废物量可能大于来自裂变反应堆的废物量。

目前定义中使用的废物分类表中，是否包含有问题的放射性核素，如“C类”废物，也存在不确定性。

这意味着许可证申请必须列出预期的废物量、处置计划和成本，以便在现有框架下将聚变系统的废物与低放射性废物一起处置。

预计近期聚变能源系统将不同于历史上考虑的设施。后者基于运行在3 GWt以上的氘氚托卡马克。

然而，FIA的一项调查显示，预计近期聚变发电厂的规模将大不相同，从几千瓦开始。

为了评估聚变能系统的监管框架，美国核管理委员会的工作人员重点关注了正在开发中的潜在近期概念，以在美国部署。对于正在开发设备构想是：

不存在裂变材料，也不可能达到临界状态。目前设想的聚变能系统需要主动工程特征(如等离子体约束机制、真空维持系统、燃料喷射、外部加热)来实现自持聚变反应。

聚变反应产生的能量和放射性物质，在非正常事件或事故情况下可以立即停止。

为了防止放射性物质的损失，不需要对含有放射性物质的聚变进行主动停堆后冷却。

在可信事故期间，聚变装置、加工或储存过程中或活性材料中存在的放射性核素，无论其可移动量有多大，预计都会对工人和公众造成低剂量辐照。

基于这些特征，美国核管理委员会工作人员预计，为了尽量减少对工人和公众的辐射剂量，聚变能系统的安全重点，将放在现场放射性物质的控制、限制和屏蔽上，而不是放在装置的性能和控制上。

在一次在线会议上，美国核管理委员会工作人员表示，他们认为目前的10 CFR第20部分的规定要求，足以满足聚变中使用的氚。

活化产物可能属于不同的规则(第37部分)，随着聚变能系统的发展，人们对可能产生的同位素有了更好的了解，这一规则将变得更加清晰。

美国核管理委员会的一位代表说：“我们可以肯定地说，聚变设施将需要具备应急响应能力，场外响应要与放射性危害相称。”

应急准备和响应术语可能与其他机构保持一致，如联邦应急管理局(FEMA)、美国能源部以及州和地方场外响应组织。

3、讨论领域

大部分氚制导没有反映从英国JET等现有聚变设施中获得的实际经验。

针对2024年5月的规则制定草案，聚变工业协会向核管理委员会工作人员提出了几个反思领域。

其中第一个是对新规则制定至关重要的两个定义：粒子加速器和聚变系统。

FIA及其成员公司表示，所有可预见的聚变机器都是粒子加速器——这与委员会的立场是一致的——他们希望确保监管定义“明确反映出对这种技术理解”。

美国核管理委员会工作人员最新提出的规则明确指出，粒子加速器可以包括聚变机，但并没有规定所有聚变机都是粒子加速器。

美国核管理委员会提议删除一项声明，即该定义适用于“通常超过1 MeV的能量”。

FIA表示，不需要做出改变来适应聚变机器，如果删除，可能会无意中将定义扩展到其他技术。

核管理委员会工作人员还更新了“聚变系统”的拟议定义，但FIA希望保留立法中已有的定义(H.R.6544，“原子能推进法案”)，称其简单、实用、稳健，避免了不必要地纳入可能位于现场但不是聚变机一部分的辅助材料和系统。

FIA提出的其他问题，主要围绕指导草案(指导草案初稿，NUREG-1556第22卷)。

该组织表示，它应该只适用于商业聚变机器中副产品材料的使用和拥有，而不是研发。

FIA表示，美国核管理委员会的工作人员已经“十分努力”使指导意见初稿具有技术包容性和绩效基础，特别是考虑到聚变技术的多样性。

但FIA看到了一些例子，其中更加关注基于氘氚(D-T)聚变的系统，并提到了规定性要求。

例如，有一节指出，氚“将作为副产品生产”，因此需要对大气烟囱进行氚监测。

FIA希望做出改变，说氚“可能会被生产出来”。

许可证申请目前必须包括关于氚处理系统和增殖毯的操作和应急程序的声明，但并非所有聚变机器都会使用这些。

目前，热交换系统“应完全封闭，以防止活性材料和氚进入空气中”，但FIA希望取代这一规定性语言，允许许可证申请人说明他们将如何确保活性氚不会进入空气中。

TAE第五代聚变研究反应堆，该反应堆运行温度超过7000万℃。

另外，一家名为TAE Technologies的公司展示了目前正在开发的各种聚变技术。

在5月份的一份回复中，它提醒美国核管理委员会注意后者所宣称的“风险知情、技术中立的方法”的目标。

TAE Technologies提供了一种质子硼聚变方案，该方案具有较低的放射性和环境风险。

它表示，监管语言和指导应修改对氚的引用，以澄清要求不适用于不使用或不生产氚的系统，否则这种不确定性，可能意味着开发新方案所需的前期投资面临风险，并对它所说的风险较低的方案产生“不正当的市场抑制作用”。

FIA还希望申请人能够自行承担风险，做出开始施工的商业决定，并表示在许可证颁发之前开始施工不应成为拒绝申请的依据。

它说，法规不应将9个月的提交时间表作为事实上的要求(如10 CFR 30.32)。

FIA还表示，聚变机器可能会从研发重点过渡到商业运营，而无需对设施或设计进行重大更改。

提出的聚变设计多种多样，“假设聚变机器从研发目的过渡到商业目的，将显著改变其对环境质量的影响，从而使其许可审查过程延迟九个月是合理的，这似乎是不一致的”。

报告称，无论如何，政府都在努力缩短清洁能源设施的许可时间，“这项增加九个月延迟的提议，没有立即明显的环境或安全效益，似乎与此背道而驰”。

有些要点涉及操作制度，例如每两年对所有许可材料进行一次实地盘点。这“可能需要一个广泛的、物理密集的过程，可能需要将设施完全关闭几天，甚至几周”，并可能暴露在辐射环境中。”

FIA表示，这一要求“似乎没有明确的安全基础”。

其他一些要求“与安全无关”：

附录F要求对电源和磁铁进行施工监测和验收测试，但从公共健康和安全的角度来看，这些系统在限制副产品材料方面没有任何作用，而只是从聚变性能的角度来看。

第8.9.9节要求备用电源，但许多聚变机器不需要备用电源来维持辐射安全。

大部分氚制导并没有反映从JET等现有聚变设施中获得的实际经验。例如，不应先验地假设火灾探测系统需要关闭通风系统，以尽量减少氚氧化的风险。

4、面向大众市场

Helion Energy已要求美国核管理委员会不要拖延向商业聚变行业的许可框架过渡。

一位潜在的聚变运营商Helion要求美国核管理委员会不要拖延向商业聚变行业的许可框架过渡，在该行业中，多个反应堆是串联生产的，并确保其环境法规与可能的环境影响相称。

在今年8月的一封信中，Helion要求美国核管理委员会“研究并编写一份关于大规模制造聚变机器的特定设计许可框架的报告”。

该公司表示，由于其50 MWe的磁惯性聚变装置直接将聚变能转化为电能，因此需要更少的取排水。

其发电机将在工厂生产和组装，在制造过程中不需要放射性物质也不需要许可证，并且预计“最早在2030年代初”能够大规模制造。

它说，“第30部分框架非常适合支持大规模部署……尽管如此，在适当的时候，大规模制造的聚变机器的高通量、低影响部署将需要一个更有效的替代许可流程，可以与传统的逐站点许可方法并行使用。

该公司补充道：“即使大规模部署可能还需要几年时间，关于第30章框架如何发展以做好准备的批判性思考——比如开发一个“聚变生成器注册表”——现在就应该开始了”。