當(dāng)前位置：來源：科技日報 記者：蔣秀娟 時間：2014-06-02
“我們正積極設(shè)計Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆（Z-FFR），該概念方案與當(dāng)前世界研究的各種核能方案相比，在安全性、經(jīng)濟(jì)性、持久性和環(huán)境友好性等方面，都明顯顯示出良好的優(yōu)越性，將可能成為未來最具競爭力的千年能源?！痹诮照匍_的第179場中國工程科技論壇上，中國工程物理研究院院士彭先覺透露。
今年2月份，中國工程物理研究院組建了聚變能源科學(xué)技術(shù)研究中心，目的是充分利用全院在科學(xué)技術(shù)和工程方面積累的綜合優(yōu)勢，積極參與國家重大能源戰(zhàn)略的科學(xué)攻關(guān)，協(xié)同發(fā)展。隨著國家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的發(fā)展，以及院里半個多世紀(jì)以來積累的經(jīng)驗和技術(shù)，在前兩年醞釀的基礎(chǔ)上，中物院決定把聚變能源科學(xué)技術(shù)作為主要的戰(zhàn)略科技發(fā)展方向之一。此次論壇討論的主題就是“Z-FFR工程前沿技術(shù)研究”，會上，來自業(yè)內(nèi)的20多位院士和180多位專家就Z-FFR研究的可行性及前景進(jìn)行了探討。
Z箍縮驅(qū)動技術(shù)成國際研究熱點
聚變裂變混合堆，放能任務(wù)主要由次臨界裂變堆承擔(dān)，屬大規(guī)模熱核聚變。Z箍縮驅(qū)動聚變就是利用脈沖功率技術(shù)，創(chuàng)造數(shù)十MA大電流從金屬套筒（后變?yōu)榈入x子體）流過的條件，產(chǎn)生超強電磁內(nèi)爆，使等離子體套筒獲得足夠的內(nèi)爆動能，然后與聚變靶丸相互作用，把動能變?yōu)檩椛淠?，近似球?qū)ΨQ低壓縮熱核燃料，最終實現(xiàn)大規(guī)模的熱核聚變。
“人工實現(xiàn)大規(guī)模熱核聚變在科學(xué)技術(shù)上是一件很難的事。當(dāng)今的Z箍縮技術(shù)，能夠最經(jīng)濟(jì)、最簡便地創(chuàng)造大規(guī)模聚變的條件?！迸硐扔X說。
所謂Z箍縮，是依靠軸向電流產(chǎn)生的電磁力使自身箍縮或向軸線內(nèi)聚運動的柱對稱等離子體構(gòu)形。能夠在實驗室條件下創(chuàng)造出極端輻射和高能量密度物理環(huán)境，乃至達(dá)到聚變點火條件?！斑@是一種新型的驅(qū)動方式，也是具有獨特優(yōu)勢和充滿希望的一條技術(shù)路徑，受到國際上的廣泛關(guān)注。”中國工程物理研究院流體物理研究所所長鄧建軍研究員介紹說。
從20世紀(jì)末開始，隨著Z箍縮技術(shù)取得突破，以美國圣地亞為代表的武器實驗室提出了多種用于驅(qū)動Z箍縮的大型裝置概念設(shè)計，如美國的Jupiter,ZX,X—1等裝置的概念設(shè)計。目前，俄羅斯成立了全國的Z箍縮研究聯(lián)合體，準(zhǔn)備在2020年前建成可以研究聚變點火的BaiKal裝置（50MA級）。英國的帝王理工，開展的主要工作在電磁內(nèi)爆物理和實驗方面。
Z-FFR有效應(yīng)對未來能源問題
“我之所以認(rèn)為Z-FFR是未來最具有競爭力的千年能源，原因有三?！迸硐扔X說，“首先，當(dāng)今的Z箍縮技術(shù)，能夠最經(jīng)濟(jì)、最簡便地創(chuàng)造大規(guī)模聚變的條件；其次，我們創(chuàng)造性地提出了‘局部整體點火’聚變靶概念及與之配套的負(fù)載、靶設(shè)計技術(shù)和設(shè)想方案，該技術(shù)路線一定程度上降低了對Z箍縮驅(qū)動器的技術(shù)要求，完全有可能適用未來能源的要求；最后，我們創(chuàng)造性地提出了‘次臨界能源堆’概念，次臨界能源堆具有明顯特點，例如，無臨界安全事故，且容易實現(xiàn)非能動余熱安全，不會出現(xiàn)放射性泄露事故，具有很好的固有安全本質(zhì)；鈾利用率大于80%，所以受資源約束??；核燃料制造和循環(huán)簡單、換料周期長，核廢料少、易處理。適合于混合堆應(yīng)用，同時也大大地提高了聚變裂變混合堆的競爭力?！?/p>
“由于這些關(guān)鍵技術(shù)的解決，使我們看到了一種有效應(yīng)對未來能源危機(jī)和環(huán)境、氣候問題的新能源曙光?！迸硐扔X說。
鄧建軍介紹說，聚變能源清潔、安全、原料豐富，實現(xiàn)氘氚可控核聚變是人類解決未來能源發(fā)展需求的重要技術(shù)路徑。相比于武器裝置，受控核聚變是實驗室環(huán)境中綜合技術(shù)水平的高度體現(xiàn)，具有極高的技術(shù)挑戰(zhàn)性。
對于“Z—箍縮驅(qū)動混合堆”方案，中科院理論物理研究所何祚庥院士表示認(rèn)同：“相比現(xiàn)有其他方案，該方案在性能上優(yōu)越得多，其可行性也比其他方案現(xiàn)實得多。”同時他認(rèn)為，改進(jìn)型“Z箍縮方案”中有關(guān)驅(qū)動器即“超大型”的“高電壓”“短脈沖”的電源的研究，不僅有利于“Z箍縮驅(qū)動”的實現(xiàn)；而且其中所需的大型電源，也是當(dāng)今我國國防建設(shè)上最大的短項。
“從核裂變走向未來的受控核聚變，將是一個科學(xué)的發(fā)展方向和歷史過程。”中國工程院院士、原副院長杜祥琬介紹說，目前在我國，ADS堆、小型堆、裂變—聚變混合能源堆等都在研究中，需要適時進(jìn)行科學(xué)的評估和論證。就新型裂變—聚變混合能源堆而言，后處理簡單、對聚變中子源強度要求低，并利于防止核擴(kuò)散。
“然而在核電站的持續(xù)發(fā)展問題上，不僅需要妥善解決放射性核廢料的嬗變及其儲存問題。而且核電站停止運轉(zhuǎn)后的各個部件，甚而其門窗，都會帶放射性，都有一個退役后如何存儲的問題?！焙戊疋犹嵝颜f，“有一個重大缺點，那就是‘放射性核’如何‘處理’或‘去除’，也就是能否‘嬗變’”。
杜祥琬指出：“目前，從鈾資源到燃料元件的生產(chǎn)，直到后段的乏燃料貯存、處理及放射性廢物的最終處置，都需高度重視，及早籌劃和落實實施?！?/p>
待建實驗原型驗證技術(shù)路線前景
作為承辦方之一，北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所所長李華指出：“事關(guān)國家能源發(fā)展的路徑和方向問題，容不得半點馬虎和差錯。只有經(jīng)過充分的科學(xué)和技術(shù)論證，業(yè)內(nèi)專家們討論認(rèn)可之后才能開展下一步工作?！?/p>
從2000年開始，中國工程物理研究院決定開展Z箍縮研究。理由是有利于開展聚變及高能密度物理研究，并希望走出一條聚變研究的新路線?！暗侥壳盀橹梗覀円验_展多輪Z箍縮電磁內(nèi)爆實驗。今后，聚變裂變混合堆還有兩步要走，即完成總體論證和概念設(shè)計，有了基本判斷后，將建立實驗原型驗證裝置。這些完成之后才是工程應(yīng)用或者商業(yè)應(yīng)用?！崩钊A說。
鄧建軍指出，目前國際上尚無驅(qū)動電流大于30MA 的超高功率重頻驅(qū)動器，相應(yīng)的技術(shù)路線探索和概念設(shè)計是國際同行共同關(guān)注的焦點。基于現(xiàn)有的技術(shù)水平和發(fā)展?jié)摿ε袛?，Z-FFR驅(qū)動器雖然具有相當(dāng)難度，但技術(shù)上是可行的，制定一個可行的發(fā)展規(guī)劃對Z-FFR技術(shù)的發(fā)展十分必要。
彭先覺表示，該項目最重要的關(guān)鍵是聚變，需要通過實驗證明該技術(shù)路線的可行性。“建議國家有關(guān)部門盡快設(shè)立研究專項，批準(zhǔn)并完成建造40MA級驅(qū)動器的立項，以爭取在2020年左右能夠建成可研究聚變和次臨界能源堆模塊原理的實驗裝置，為準(zhǔn)確判斷這條技術(shù)路線的前景提供依據(jù)。”
京公網(wǎng)安備 11010202008133號