彭先觉:核能利用研究的先行者

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  对于核聚变能,这名人老要寄予着美好的希望,认为这是三种超净、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,并吸引着许这名多的科学家为实现你这名 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大大问题。1996年与商务合作者者一块儿提出了“核爆聚变电站的概念设想”,并形成了较为删改的核爆聚变电站的设想方案,拓展了人类正确处理能源大大问题的思路。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:这是三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、设计蕴含多项发名的故事创造,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,得出了这名十分重要的认识:

  第一,纯聚变电站,难以成为有竞争力的未来能源

  能源也是三种商品,三种能源可不那么获得青睐,看一遍它是是是不是优质优价。三种能源的优劣,这名人可用安全性、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,可不那么成为稳定的规模能源(如可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大大问题,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,故是三种持久能源。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大大问题。实现聚变的主要途径有磁约束和惯性约束,惯性约束聚变那么有驱动器来创造条件,最有可能性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,还有诸多的大大问题,如氚自持、等离子体破裂、材料抗辐照能力等都处在着一定的技术风险。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;其次还有这名激光应用于能源时所面临的材料、环境方面的困难。对Z-箍缩驱动聚变也是那么,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可否 建成有2个电站,就让 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。就让 无论是激光还是Z-箍缩,能量生产速率都较低(Q值5左右)。所以,这名人说,纯聚变电站经济性都在好,还处在一定的技术风险,都在三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。可不那么利用裂变技术正确处理聚变大大问题,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、型态简明,造价低廉、能量转换速率高的优势。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,可能性高能聚变中子的加入,通过巧妙的设计,可不那么更发扬其长处,改善甚至去除其缺点,使之成为三种优质能源。概念研究表明,有2个堆只需一台驱动器;裂变堆以金属天然植物铀锆合金为核燃料,水作传热、慢化介质,可实现10倍以上的能量放大,不可否 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,故你这名 最好的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,裂变堆始终处在深次临界情况汇报,不用有临界安全事故,且可容易设置几种非能动余热安全系统,就让 可不那么说,从根本上正确处理了核能的安全性大大问题,这也为分布式核能源格局奠定了基础。你这名 堆造价估计在60 亿美元左右,经济性和环境友好性都很好。所以,未来的能源可能性在太阳能、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(或基本可能性性)成为取之不尽、用之不竭的能源

  当前的聚变,都在以氢的同位素氘、氚作燃料,而氚是放射射性核素,半衰期12.3年,自然界不处在,主要用中子轰击锂-6产生。就让 ,可开发利用的聚变能量就取决于锂-6的储存量。从目前地质勘探的情况汇报看,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可能性性长期支持人类的能源供给。就让 意义的取之不尽,主就让 寄希望于氘氘聚变。但除核爆的最好的办法外,这名最好的办法的氘氘聚变能从物理上讲,几乎可能性性。这名人先看磁约束最好的办法,可能性氘氘聚变反应速率比氘氚低近有2个量级,要实现氘氘聚变,那么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。就让 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,于是电站可能性性有能量输出。惯性约束聚变情况汇报也一样。从靶丸压缩的深度看,即使用更多的能量来压缩,压缩度可能性性有明显提高。要使氘氘烧起来,那么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2个数量级。就让 的系统,能量增益会远小于1,根本谈不上作能源。所以终极能源的说法,仅仅是三种美丽幻想,甚至是三种误导。

  第四,关于核能的“干净性大大问题”

  核能都会产生放射性,纯聚变就让 例外。就让 ,“干净”都在有2个绝对的概念,关键是放射性物质产生的数量和型态,可不那么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,但可能性像这名人前面提到的Z-FFR,可能性采用“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,这名的放射性核素都会在堆中被焚烧掉。就让 ,这名人认为,对裂变堆放射性大大问题的讨论,要视情况汇报汇报,那么一概而论。也就让 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,但也是三种较为科学的务实的判断。

  总之,这名人应该非常有信心期望三种未来新型核能源—Z-FFR的诞生。