彭先觉:核能利用研究的先行者

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  对于核聚变能,.我 4个多多劲寄予着美好的希望,认为这是五种 超净、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。你你五种认识写进了教科书,甚至写进了国内各种级别的能源发展战略和规划,并吸引着许一点多的科学家为实现你你五种理想而奋斗着。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年始于英文关注我国核爆炸的和平利用疑问。1996年与媒体合作同时提出了“核爆聚变电站的概念设想”,并形成了较为完正的核爆聚变电站的设想方案,拓展了人类正确处理能源疑问的思路。60 1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,60 8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:这是五种 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、设计含有多项科学伟大的发明创造,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,得出了一点十分重要的认识:

  第一,纯聚变电站,难以成为有竞争力的未来能源

  能源也是五种 商品,五种 能源还后会 获得青睐,看完它与非 优质优价。五种 能源的优劣,.我 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,还后会 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疑问,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60 %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,故是五种 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疑问。实现聚变的主要途径有磁约束和惯性约束,惯性约束聚变后会 有驱动器来创造条件,最有将会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60 亿美元,且运行控制难度大,发出的电有近60 %将自耗(电站能量增益Q值小于3)。目前来看,还有诸多的疑问,如氚自持、等离子体破裂、材料抗辐照能力等都居于着一定的技术风险。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60 亿美元;其次还有一点激光应用于能源时所面临的材料、环境方面的困难。对Z-箍缩驱动聚变也是必须 ,现在驱动器的运行频率是0.1Hz,要10台以上的驱动器并联后会 建成有另4个多多电站,或者电站的造价也将超过60 亿美元,且也将面临长期稳定运行方面的困难。或者无论是激光还是Z-箍缩,能量生产波特率都较低(Q值5左右)。什么都有 ,.我 说,纯聚变电站经济性完正都是好,还居于一定的技术风险,完正都是五种 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。还后会 利用裂变技术正确处理聚变疑问,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、形态简明,造价低廉、能量转换波特率高的优势。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,将会高能聚变中子的加入,通过巧妙的设计,还后会 更发扬其长处,改善甚至去除其缺点,使之成为五种 优质能源。概念研究表明,有另4个多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,后会 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60 kg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,故你你五种方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,裂变堆始终居于深次临界具体情况,后会有临界安全事故,且可容易设置几种非能动余热安全系统,或者还后会 说,从根本上正确处理了核能的安全性疑问,这也为分布式核能源格局奠定了基础。你你五种堆造价估计在60 亿美元左右,经济性和环境友好性都很好。什么都有 ,未来的能源将会在太阳能、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(或基本不将会)成为取之不尽、用之不竭的能源

  当前的聚变,完正都是以氢的同位素氘、氚作燃料,而氚是放射射性核素,半衰期12.3年,自然界不居于,主要用中子轰击锂-6产生。或者,可开发利用的聚变能量就取决于锂-6的储存量。从目前地质勘探的具体情况看,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将会长期支持人类的能源供给。什么都有 我意义的取之不尽,主什么都有 我寄希望于氘氘聚变。但除核爆的方法外,一点方法的氘氘聚变能从物理上讲,几乎不将会。.我 先看磁约束方法,将会氘氘聚变反应波特率比氘氚低近有另4个多多量级,要实现氘氘聚变,后会 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。什么都有 我做,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,于是电站不将会有能量输出。惯性约束聚变具体情况也一样。从靶丸压缩的厚度看,即使用更多的能量来压缩,压缩度不将会有明显提高。要使氘氘烧起来,必须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另4个多多数量级。什么都有 我的系统,能量增益会远小于1,根本谈不上作能源。什么都有 终极能源的说法,仅仅是五种 美丽幻想,甚至是五种 误导。

  第四,关于核能的“干净性疑问”

  核能一定会产生放射性,纯聚变什么都有 我例外。或者,“干净”完正都是有另4个多多绝对的概念,关键是放射性物质产生的数量和形态,还后会 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,但将会像.我 前面提到的Z-FFR,将会采用“干法”正确处理,每年出堆的核废料量已很少,正确处理起来将比较方便,一点的放射性核素一定会在堆中被焚烧掉。或者,.我 认为,对裂变堆放射性疑问的讨论,要视具体具体情况,必须一概而论。也什么都有 我说,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,但也是五种 较为科学的务实的判断。

  总之,.我 应该非常有信心期望五种 未来新型核能源—Z-FFR的诞生。