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。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。”