首页 > 

潜力无限的未来能源 :Z箍缩驱动聚变裂变混合堆尽显优势

来源:
时间:2016-06-15 23:36:09
热度:

潜力无限的未来能源 :Z箍缩驱动聚变裂变混合堆尽显优势    “到目前为止,我们已经就Z箍缩驱动聚变裂变混合堆的主要方面开展了研究,并已形成了基本技术路线和初步概念方案

    “到目前为止,我们已经就Z箍缩驱动聚变裂变混合堆的主要方面开展了研究,并已形成了基本技术路线和初步概念方案。该概念方案与当前世界研究的各种核能方案相比,在安全性、经济性、持久性和环境友好性等方面,都显示出明显的优越性。因此我们认为,Z箍缩驱动聚变裂变混合堆将可能成为未来最具有竞争力的千年能源。”中国工程物理研究院院士彭先觉5月15日在京召开的第179场中国工程科技论坛上说。

  该论坛由中国工程院主办,来自业内的20多位院士和180余名专家参加。此次论坛主题为“Z箍缩驱动聚变裂变混合堆工程前沿技术研究”。Z箍缩驱动聚变裂变混合堆概念由彭先觉院士于2008年10月正式提出,聚变裂变混合堆=热核聚变中子源+次临界裂变堆。Z箍缩驱动能够实现大规模的热核聚变,主要放能任务由次临界裂变堆承担,能量放大倍数在20倍左右。

  竞争力评估尽显优势

  中国科学院院士何祚庥表示:“我支持彭先觉教授等人提出‘Z篐缩驱动混合堆’的研究方案。因为这一方案的确比‘现有’其它方案,在性能上优越得多!其实现的‘可行性’也比其它方案现实得多!”

  据介绍,Z篐缩驱动混合堆这一“千年能源”的方案建造成本低,运行时物质消耗量小,废料少。数据显示,100万千瓦的核电机组,纯聚变堆建堆成本大于100亿美元,快堆为50-60亿美元,热堆为20亿美元左右,而Z篐缩驱动的混合堆在30亿美元左右;此外,Z篐缩驱动的混合堆运行时燃料消耗为1吨铀/年,产生废料1吨/年,处理废料消耗的资源少。

  另外,何祚庥认为,在热堆以及这一混合堆设计方案中,只算了“投入” 和“运行”成本。实际上在所有核电站的运转中,还需要计算“退役”成本,核废料循环利用成本和放射性核“嬗变”成本。“这是很大一笔支出,全世界至今都还没有很好的方案。”他说,而“千年能源”在“退役”和“循环利用”所支出的“成本”,无疑比“热堆”少得多。

  据彭先觉介绍,相关竞争力评估显示,Z箍缩驱动混合堆比快堆便宜、更安全,且后续运行花费较少;比热堆稍贵,但能成为“千年能源”,并具有多项优点;比纯聚变堆经济性大幅提高,技术难度大大减小,其安全性、环境友好性无可比拟。

  缺点仍不可忽视

  “但是,Z箍缩混合堆作为‘千年能源’的方案还有一些不可忽视的重大缺点。”何祚庥表示。例如,从核能的可持续发展的观点看,不论是“Z箍缩”或“加速器驱动”的“千年能源”方案,都包含着一个重大缺点,那就是“放射性核”如何“处理”或“去除”,也就是能否“嬗变”核废料。

  “这一‘千年能源’将年消耗燃料1吨铀,同时产生1吨核废料。这是一个数量很大核废料!如果真的运转1000年,那么将积累核废料1000吨。即使这些放射性核在1000年内有所衰变、死亡,但由于有强烈的中子背景存在,其总量将不可避免地达到1000吨的量级!这将对人类环境安全造成重大威胁!”何祚庥说,亟需提醒国家领导部门和社会公众,在核电站的持续发展问题上,不仅需要妥善解决放射性核废料的嬗变及其储存问题,核电站停止运转后的各个部件,甚而其门窗都带放射性,都将面临退役后如何存储的问题。

  不过,何祚庥也表示,“千年能源”的设想很有价值,Z箍缩混合堆方案已经大幅度缓解了核能可持续发展面临的诸多问题。仍以燃料为例,据介绍,普通压水堆单机容量100万千瓦的机组每年卸料为25吨,远远多于Z篐缩驱动的混合堆。

  技术路线可行性亟待证明

  那目前Z箍缩驱动混合堆的研发进展如何呢?

  中国工程物理研究院聚变能源科学技术研究中心负责人李华介绍,这是一项宏大的科学工程,需要理论、计算、实验、材料、工程五位一体,协同攻关,发挥国内学术界的多方面优势,目前该项研究主要还是集中在概念设计、理论计算和部分实验验证阶段。“例如,在大电流驱动器方面,已经建立了10兆安的Z箍缩驱动装置,并且已经开始实验。”他说,“理论上初步估计驱动器要达到60-70兆安,可以说现在还在一层楼,而我们要建造六层楼,还有很长的路要走。”

  Z箍缩驱动聚变裂变混合堆的研究发展路线图设想是,2015年之前是概念研究阶段,争取比较明确判断其技术路线的基本可行性;2025年前是关键技术攻关阶段,争取在2020年左右,建成30-40兆安驱动器;2025年-2035年为技术集成和功能演示阶段,争取建成可用作能源应用研究的60-70兆安驱动器;2035年以后进入工业应用研制阶段,进行工业应用演示。

  彭先觉表示:“聚变是该项目关键。目前最重要的是通过实验证明该技术路线的可行性。因此,建议国家尽快设立研究专项,尽快批准并完成建造40兆安级驱动器的立项,以争取在2020年左右能够建成可研究聚变和次临界能源堆模块原理的实验装置,为准确判断这条技术路线的前景提供依据。”

Baidu
map