关注能源发展 聚焦核能源领域

世界很大，但世界的能源却是有限的，面对着非可再生能源有限的存贮，科学家们提出了能源危机的警告。“居安思危，思则有备，有备无患。”寻找取之不尽、用之不竭的终极能源成为各国能源发展的主要方向和战略。

彭先觉院士从事核相关工作多年，从深耕核武器物理及设计技术，到研究核能和平利用，他在核领域的研究从来没有停止过，核能源是他现在最为重视的研究领域。沉浸该领域多年的他，经过反复的研究、设计、判断，创新地提出了“Z-箍缩驱动的聚变裂变混合堆”概念。

聚变裂变结合 发展规模清洁能源

核能是通过核反应从原子核释放的能量，其释放的方式包括核裂变、核聚变和核衰变三种。 其中，核聚变因为安全性高、放射性少，一度成为科学家心中最理想的未来能源。

彭先觉院士在核领域深耕多年，在2008年正式提出了高品质千年核能源的概念，即“Z-箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z-FFR）”。这是一种以Z-箍缩驱动实现GJ级放能的惯性约束聚变中子源+次临界能源堆组成的新型混合堆。

在这个概念设计方案里， Z-FFR主要包含三个部分：Z-箍缩驱动器、聚变靶及爆室、次临界能源堆。

所谓Z-箍缩，就是当电流流过柱形套筒导体时（Z方向电流） 会产生角向磁场（θ方向），该磁场作用于导体载流子将产生指向柱形中心轴（径向）的洛伦兹力（即压力），并导致自箍缩效应。当电流达到数十MA量级时， 产生的磁压力十分巨大（百万大气压以上），驱动套筒等离子体高速向心内爆，速度可达每秒数百公里，能为靶丸实现聚变创造良好的条件。利用Z-箍缩驱动实现聚变的优势就在于驱动器技术相对简单，造价低廉，能量充足且转换效率高。

能源应用的驱动器建造比较困难，目前还没有成功建造的先例，但从基本参数看，尚未有不可克服的障碍。至少用于聚变研究的60MA电流的驱动器是可建成的。为实现大电流、长寿命（1年以上）、重频（10秒放电1 次）运行，彭先觉院士和团队针对60～70MA级驱动器方案，提出了几项主要技术措施，如采用LTD拓扑结构，降低基本放电单元的能量和功率；增大电流脉冲上升前沿时间和负载半径;提出了创新的长磁绝缘传输线（MITL）和多路汇流装置的设计技术; 提出了长寿命电容器、开关、触发系统设计新思路等。当这些技术完善后，完全有望达成驱动器的建造。 

科研工作是一项永远在攀登高峰的工作，智慧和勇气相结合，才能完成科研目标。在惯性约束聚变靶的设计中，需要解决提供给靶的能量以及解决聚变燃料压缩的球对称性问题。为此彭先觉院士创造性地提出一种与美国LLNL“中心点火靶”设计理念完全不同的“局部整体点火靶”模型，并设计了套筒与靶能量传递结构，经过各项数值计算表明，“局部整体点火靶”模型都远胜于“中心点火靶”，能够实现GJ级聚变放能，性能皮实，更适合在Z箍缩中应用。

在聚变能应用方面，彭先觉院士极力主张走聚变裂变混合堆的技术路线。他认为，纯聚变能源经济性非常不好且存在较大的技术风险。必须充分利用裂变能的优势解决聚变能的难题，充分利用聚变产生的大量高能中子的优势克服目前裂变能的技术瓶颈。为此，彭先觉院士创新提出了与“传统”混合堆完全不同的次临界堆设计理念：以能源为目标，力求简明、简便、安全、经济。在这个设计理念的指导下，提出了以天然铀金属合金为初始燃料，轻水为传热、慢化介质并与压水堆技术结合的方案。

为使该技术路线更具可行性，彭先觉院士和团队提出了一系列的创新技术：水从Zr合金水管中流过，水管穿过块状金属铀部件的设计方案；采用合适铀水比，以获得较高的易裂变核素增殖比， 使核燃料在许多年内都可以保持良好核性能，因而可在数百年内使用“干法”进行核燃料循环， 大大减少核废料生成量（每年200kg左右）；设立专门的屏蔽区，确保外部环境为极低放射性水平，延长场址的使用寿期；创新地设计高效闭式水汽循环(水直接送至燃料区边)的非能动余热排出系统和非能动放射性气体导出系统，彻底地解决了裂变堆的余热安全问题。

关系千年能源 项目意义重大

彭先觉院士提出的Z-FFR充分体现了聚变和裂变优势互补的特点，极大的提高核能的安全性(没有临界安全问题，也完全避免了余热安全问题)、经济性（100万千瓦堆建造成本预计在30亿美元左右）、持久性（铀、钍资源利用率可达90% 以上，可为人类供能数千年）和环境友好性（核废料很少，易处置），成为极具竞争力的未来能源。

如果这项技术能够实现，将是核能源技术的重大突破，届时系统能够将裂变燃料的资源利用率提高到90%以上，会为人类提供千年以上的能源。

这个项目对能源发展的意义非同凡响，为此，团队提出了研究发展路线图，即2015年之前为概念研究阶段；2025年前是关键技术攻关阶段并希望建成50MA左右的驱动器以验证聚变；2025年到2035年为技术集成和功能演示阶段；力争2035年左右进行工业应用演示。

目前“Z-FFR”概念研究在中国工程物理研究院及下属多个研究所、国防科工局、中国ITER中心、国家自然科学基金委的参与、支持下持续深入开展，围绕这一概念形成了基本的设计方案。目前来看，尚未发现该技术路线案在物理、工程技术方面有不可逾越的障碍。现在，“Z-FFR”概念也受到了科技界、能源界越来越多的关注。

对于能源问题，彭先觉院士是这样理解的，他认为：“现在全世界都面临着能源危机，最主要的原因是人们过度依赖化石能源。而化石能源是有限的，百年之后将面临枯竭。人类迫切地需要新的替代能源。核能应该也有可能成为未来规模能源的主力，它能为解决能源、环境、气候问题提供优良的一揽子解决方案，也会对国际政治问题的解决提供正能量。”

在能源问题日益凸显的今天，核能以其规模化、持久性、经济性和清洁性等优势，成为被世界看好的未来能源。我国也将核能纳入国家发展规划中。而彭先觉院士提出的“Z-FFR”概念，为核能源的全面发展提供全新的可行性方案。

目前，他还在为“Z-FFR”概念的实现继续拼搏奋斗，他的科研之路还在继续......