彭先觉:核能利用研究的先行者

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  对于核聚变能,许多人 总是寄予着美好的希望,认为这是三种生活层流手术室 、干净的核能,其资源可取之不尽、用之不竭,是人类的终极能源。这名 认识写进了教科书,甚至写进了国内各种级别的能源发展战略和规划,并吸引着许但是 多的科学家为实现这名 理想而奋斗着。中国工程院院士彭先觉从事核聚变能研究多年,对聚变能的未来前景作过非常认真的研究和思考,其见解具有重要意义。他1993年现在开始关注我国核爆炸的和平利用难题。1996年与相互相互合作一起去提出了“核爆聚变电站的概念设想”,并形成了较为全版的核爆聚变电站的设想方案,拓展了人类处上能源难题的思路。4001年关注Z-箍缩聚变,成为中国工程物理研究院Z-箍缩聚变研究的技术负责人,4008年提出“Z-箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)”概念,并已领导团队进行了近十年的深入研究,结论:这是三种生活最有竞争力的未来千年能源。

  彭先觉,中国工程物理研究院原科技委主任,研究员,中国工程院院士。1941年出生于湖南湘潭易俗河烟塘村。 1959年考入哈尔滨军事工程学院原子能工程系,因成绩优异,毕业后分配到核工业部九院理论部从事核武器的研制设计工作,承担了多个重要研制型号的设计任务,并在各类核武器研制、设计含高多项发名权创造,是二代氢弹次级(也称氢弹主体)技术路线的提出者。1999年当选为中国工程院能源与矿业工程学部院士。

  近年来,彭先觉院士通过对核能及聚变能源的研究,得出了但是 十分重要的认识:

  第一,纯聚变电站,难以成为有竞争力的未来能源

  能源也是三种生活商品,三种生活能源还上能 获得青睐,就看它算不算优质优价。三种生活能源的优劣,许多人 可用安全性、经济性、持久性和环境友好性来进行评价。理论上看,作为未来可支撑人类长期生存发展的能源有太阳能,核能中的快堆、聚变堆和聚变裂变混合堆。太阳能的优势是安全性、持久性(光伏电站的持久性将取决稀有金属元素储量及可回收性)和环境友好性。劣势是间歇性、分散性和经济性,还上能 成为稳定的规模能源(如保证大城市的能源供应),则取决于储能技术的发展,而储能则是技术上的大难题,并将严重影响它的经济性。核能的重要优势是稳定、持续、规模化。核能中的快堆,可把铀资源的利用率提高至400%左右,即使是地球陆地上的资源,也可单独维持人类能源供给千年以上,故是三种生活持久能源。劣势是经济性不很好,技术上依赖于铀、钚核燃料核循环,并对环境有一定的影响;其安全性大致与压水堆相当,但运行中要更加小心。聚变能,就当前来说还是科学技术上的一大难题。实现聚变的主要途径有磁约束和惯性约束,惯性约束聚变还上能有驱动器来创造条件,最有意味着 的驱动器是激光器和Z-箍缩驱动器。但无论是哪种途径,经济性都很差。以规模为百万千瓦电功率计,对Tokamak型磁约束商用电站而言,其造价将超过400亿美元,且运行控制难度大,发出的电有近400%将自耗(电站能量增益Q值小于3)。目前来看,还有诸多的难题,如氚自持、等离子体破裂、材料抗辐照能力等都趋于稳定着一定的技术风险。对激光聚变,秒级重复频率运行的激光器是最大困难,其造价将远超400亿美元;其次还有但是 激光应用于能源时所面临的材料、环境方面的困难。对Z-箍缩驱动聚变也是没有,现在驱动器的运行频率是0.1Hz,要10台以上的驱动器并联不能建成有有好几个 多电站,但是电站的造价也将超过400亿美元,且也将面临长期稳定运行方面的困难。但是无论是激光还是Z-箍缩,能量生产淬硬层 都较低(Q值5左右)。但是 但是 ,许多人 说,纯聚变电站经济性都不 好,还趋于稳定一定的技术风险,都三种生活生活有竞争力的未来能源。

  第二,Z-FFR是人类未来规模能源最强有力的竞争者

  聚变与裂变的巧妙结合,是核能应用的有效途径。还上能 利用裂变技术处里聚变难题,利用聚变技术克服裂变瓶颈,实现综合性能的突破性提高。以Z-箍缩来驱动惯性约束聚变,具有驱动器原理、底部形态简明,造价低廉、能量转换淬硬层 高的优势。Z-FFR,以裂变放能为主,聚变只占总功率的5%左右,这就大大降低了聚变作为能源应用的要求;对裂变堆而言,意味着 高能聚变中子的加入,通过巧妙的设计,还上能 更发扬其长处,改善甚至去除其缺点,使之成为三种生活优质能源。概念研究表明,有有好几个 多堆只需一台驱动器;裂变堆以金属火山岩铀锆合金为核燃料,水作传热、慢化介质,可实现10倍以上的能量放大,不能实现易裂变核素的增值,因而可用“干法”进行核燃料循环,出堆的放射性核废料每年仅400kg左右;5年换料,换料时可加入5t贫铀或钍继续燃烧,铀资源的利用率达90%以上,故这名 办法 可单独维持人类数千年的能源供给。此外,更重要的是它安全性极好,裂变堆始终趋于稳定深次临界状态,无需有临界安全事故,且可容易设置几种非能动余热安全系统,但是还上能 说,从根本上处里了核能的安全性难题,这也为分布式核能源格局奠定了基础。这名 堆造价估计在400亿美元左右,经济性和环境友好性都很好。但是 但是 ,未来的能源意味着 在太阳能、快堆和Z-FFR之间竞争,而Z-FFR将具有作为规模能源的明显优势。

  第三,聚变也难以(或基本不意味着 )成为取之不尽、用之不竭的能源

  当前的聚变,都不 以氢的同位素氘、氚作燃料,而氚是放射射性核素,半衰期12.3年,自然界不趋于稳定,主要用中子轰击锂-6产生。但是,可开发利用的聚变能量就取决于锂-6的储存量。从目前地质勘探的状态看,陆地聚变能的存储量,仅为陆地铀裂变能储存量的三分之一左右,故以氘氚为燃料的核聚变能不意味着 长期支持人类的能源供给。但是 意义的取之不尽,主但是寄希望于氘氘聚变。但除核爆的办法 外,但是 办法 的氘氘聚变能从物理上讲,几乎不意味着 。许多人 先看磁约束办法 ,意味着 氘氘聚变反应淬硬层 比氘氚低近有有好几个 多量级,要实现氘氘聚变,还上能较大幅度提高燃烧等离子体的温度和密度,增加对等离子体的约束时间。但是 做,带来的工程、材料等的困难且不说,加热等离子体的功率恐怕有数倍的提高,于是电站不意味着 有能量输出。惯性约束聚变状态也一样。从靶丸压缩的淬硬层 看,即使用更多的能量来压缩,压缩度不意味着 有明显提高。要使氘氘烧起来,只有成量级增加聚变燃料的质量,而要求驱动器提供的能量则需提高近有有好几个 多数量级。但是 的系统,能量增益会远小于1,根本谈不上作能源。但是 但是 终极能源的说法,仅仅是三种生活美丽幻想,甚至是三种生活误导。

  第四,关于核能的“干净性难题”

  核能都不 产生放射性,纯聚变但是例外。但是,“干净”都不 有有好几个 多绝对的概念,关键是放射性物质产生的数量和底部形态,还上能 方便对它进行有效的控制和管理,使之不对人类和人类的生存环境造成伤害,且经济代价适当。无疑,裂变产生的放射性物质数量比聚变多,但意味着 像许多人 前面提到的Z-FFR,意味着 采用“干法”处里,每年出堆的核废料量已很少,处里起来将比较方便,但是 的放射性核素都不 在堆中被焚烧掉。但是,许多人 认为,对裂变堆放射性难题的讨论,要视具体状态,只有一概而论。也但是说,相对于Z-FFR而言,纯聚变在“干净”性上的优势已非常有限。

  以上见解,是一家之言,但也是三种生活较为科学的务实的判断。

  总之,许多人 应该非常有信心期望三种生活未来新型核能源—Z-FFR的诞生。