潛力無限的未來能源 ：Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆盡顯優(yōu)勢

 　　 “到目前為止，我們已經(jīng)就Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆的主要方面開展了研究，并已形成了基本技術(shù)路線和初步概念方案。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，都顯示出明顯的優(yōu)越性。因此我們認(rèn)為，Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆將可能成為未來最具有競爭力的千年能源。”中國工程物理研究院院士彭先覺5月15日在京召開的第179場中國工程科技論壇上說。

　　該論壇由中國工程院主辦，來自業(yè)內(nèi)的20多位院士和180余名專家參加。此次論壇主題為“Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆工程前沿技術(shù)研究”。Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆概念由彭先覺院士于2008年10月正式提出，聚變裂變混合堆=熱核聚變中子源+次臨界裂變堆。Z箍縮驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的熱核聚變，主要放能任務(wù)由次臨界裂變堆承擔(dān)，能量放大倍數(shù)在20倍左右。

　　競爭力評估盡顯優(yōu)勢

　　中國科學(xué)院院士何祚庥表示：“我支持彭先覺教授等人提出‘Z篐縮驅(qū)動混合堆’的研究方案。因?yàn)檫@一方案的確比‘現(xiàn)有’其它方案，在性能上優(yōu)越得多！其實(shí)現(xiàn)的‘可行性’也比其它方案現(xiàn)實(shí)得多！”

　　據(jù)介紹，Z篐縮驅(qū)動混合堆這一“千年能源”的方案建造成本低，運(yùn)行時物質(zhì)消耗量小，廢料少。數(shù)據(jù)顯示，100萬千瓦的核電機(jī)組，純聚變堆建堆成本大于100億美元，快堆為50-60億美元，熱堆為20億美元左右，而Z篐縮驅(qū)動的混合堆在30億美元左右；此外，Z篐縮驅(qū)動的混合堆運(yùn)行時燃料消耗為1噸鈾/年，產(chǎn)生廢料1噸/年，處理廢料消耗的資源少。

　　另外，何祚庥認(rèn)為，在熱堆以及這一混合堆設(shè)計(jì)方案中，只算了“投入” 和“運(yùn)行”成本。實(shí)際上在所有核電站的運(yùn)轉(zhuǎn)中，還需要計(jì)算“退役”成本，核廢料循環(huán)利用成本和放射性核“嬗變”成本。“這是很大一筆支出，全世界至今都還沒有很好的方案。”他說，而“千年能源”在“退役”和“循環(huán)利用”所支出的“成本”，無疑比“熱堆”少得多。

　　據(jù)彭先覺介紹，相關(guān)競爭力評估顯示，Z箍縮驅(qū)動混合堆比快堆便宜、更安全，且后續(xù)運(yùn)行花費(fèi)較少；比熱堆稍貴，但能成為“千年能源”，并具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)；比純聚變堆經(jīng)濟(jì)性大幅提高，技術(shù)難度大大減小，其安全性、環(huán)境友好性無可比擬。

　　缺點(diǎn)仍不可忽視

　　“但是，Z箍縮混合堆作為‘千年能源’的方案還有一些不可忽視的重大缺點(diǎn)。”何祚庥表示。例如，從核能的可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)看，不論是“Z箍縮”或“加速器驅(qū)動”的“千年能源”方案，都包含著一個重大缺點(diǎn)，那就是“放射性核”如何“處理”或“去除”，也就是能否“嬗變”核廢料。

　　“這一‘千年能源’將年消耗燃料1噸鈾，同時產(chǎn)生1噸核廢料。這是一個數(shù)量很大核廢料！如果真的運(yùn)轉(zhuǎn)1000年，那么將積累核廢料1000噸。即使這些放射性核在1000年內(nèi)有所衰變、死亡，但由于有強(qiáng)烈的中子背景存在，其總量將不可避免地達(dá)到1000噸的量級！這將對人類環(huán)境安全造成重大威脅！”何祚庥說，亟需提醒國家領(lǐng)導(dǎo)部門和社會公眾，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，核電站停止運(yùn)轉(zhuǎn)后的各個部件，甚而其門窗都帶放射性，都將面臨退役后如何存儲的問題。

　　不過，何祚庥也表示，“千年能源”的設(shè)想很有價值，Z箍縮混合堆方案已經(jīng)大幅度緩解了核能可持續(xù)發(fā)展面臨的諸多問題。仍以燃料為例，據(jù)介紹，普通壓水堆單機(jī)容量100萬千瓦的機(jī)組每年卸料為25噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于Z篐縮驅(qū)動的混合堆。

　　技術(shù)路線可行性亟待證明

　　那目前Z箍縮驅(qū)動混合堆的研發(fā)進(jìn)展如何呢？

　　中國工程物理研究院聚變能源科學(xué)技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)人李華介紹，這是一項(xiàng)宏大的科學(xué)工程，需要理論、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、材料、工程五位一體，協(xié)同攻關(guān)，發(fā)揮國內(nèi)學(xué)術(shù)界的多方面優(yōu)勢，目前該項(xiàng)研究主要還是集中在概念設(shè)計(jì)、理論計(jì)算和部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。“例如，在大電流驅(qū)動器方面，已經(jīng)建立了10兆安的Z箍縮驅(qū)動裝置，并且已經(jīng)開始實(shí)驗(yàn)。”他說，“理論上初步估計(jì)驅(qū)動器要達(dá)到60-70兆安，可以說現(xiàn)在還在一層樓，而我們要建造六層樓，還有很長的路要走。”

　　Z箍縮驅(qū)動聚變裂變混合堆的研究發(fā)展路線圖設(shè)想是，2015年之前是概念研究階段，爭取比較明確判斷其技術(shù)路線的基本可行性；2025年前是關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)階段，爭取在2020年左右，建成30-40兆安驅(qū)動器；2025年-2035年為技術(shù)集成和功能演示階段，爭取建成可用作能源應(yīng)用研究的60-70兆安驅(qū)動器；2035年以后進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用研制階段，進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用演示。

　　彭先覺表示：“聚變是該項(xiàng)目關(guān)鍵。目前最重要的是通過實(shí)驗(yàn)證明該技術(shù)路線的可行性。因此，建議國家盡快設(shè)立研究專項(xiàng)，盡快批準(zhǔn)并完成建造40兆安級驅(qū)動器的立項(xiàng)，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(shí)驗(yàn)裝置，為準(zhǔn)確判斷這條技術(shù)路線的前景提供依據(jù)。”