中国距核聚变发电还有6年？将开建全球最大脉冲驱动器，2028年发电_风闻
越国居民-2022-09-16 07:41
写在前面:
中国核聚变发电只再需6年成真. 若2028年并网发电成功, 这是一个划时代的跃升, 是裂变发电无可比拟的: 不但释放的能量比后者大, 无高端核废料, 无环境污染，反应易于控制，核事故风险极低；而且燃料供应充足, 废料无法制作核武器, 因而聚合发电也就没了政治干涉。核聚变发电缺点当然有, 主要就是反应条件苛刻，技术要求非常高。核聚变发电技术的逐渐成熟, 或将渐次淘汰现有的核电站, 煤发电, 油汽发电, 让世界真正进入高能无污染的绿色天地, 它绝大的减少地球因温室效应而暴增的水旱灾害,酷热与暴冷, 届时蓝天白云抬头可见. 更欣慰的是, 中国将率先完成从零到一的进程!
浙江优质军事领域创作者《南华早报》报道了一个让人惊喜的消息，中国顶级科学家称核聚变发电距离我们只有6年的时间了，据这位科学家表示，中国政府已批准建设世界上最大的脉冲驱动器，计划在2028利用核聚变能并网发电。
Z-FFR聚变电站：更容易实现的核聚变发电技术《南华早报》报道称，发布这消息的是中国工程物理研究院的彭先觉院士，他是在9月9日北京Techxcope（远望智库）的在线会议上表示“聚变点火是当今世界科技皇冠上的一颗明珠”，但是要实现聚变点火太难了！
彭院士说核聚变点火有两种，一种是激光点火，利用高频脉冲的极光输出来点燃核聚变燃料小球，但这需要性能极高的储能设施比如高性能电容与激光来驱动，对目前来说技术难度太高。
另一种是磁约束等离子体核聚变，这种是利用磁场约束极端高温的氘氚等离子体来让其中的氘核和氚核聚变，不仅需要不断对等离子体提供加热，还需要长时间约束它，尽管已经露出一线曙光，多项技术上获得了突破，但难度同样非常大，实际应用遥遥无期。
彭院士表示一种包含聚变和裂变反应堆结构的混合堆可以相对降低这个难度，Z-FFR聚变堆的中心聚变需求功率比较低，易于实现，用聚变为裂变提供中子增值，聚变只占整个反应堆能量的5%，裂变占95%，这个混合堆可以使用核废料作为原料，将会率先实现聚变应用！
Z-FFR混合堆，用的是什么技术？
Z-FFR其实是两种技术的混合，Z-箍缩技术和裂变增殖堆，网上关于这方面的资料比较少，笔者找到了《中国工程科学》期刊上的一篇论文，可算是说明白了：
Z-箍缩其实是一种惯性约束结束，这个说起来有点复杂，这里先给出一个简单的概念，和那个惯性约束的激光点火核聚变是有一种约束类型，只不过点火方式改成了脉冲电流产生的强磁场，它的标准定义如下：
数十MA大电流（Z方向流动）通过金属柱形薄套筒产生的巨大洛伦兹力（磁压强度达百万大气压以上）推动套筒等离子体高速径向内爆（箍缩），并以每秒数百公里的速度撞击聚变靶丸，把动能转化为实现聚变所需的辐射能（X射线）和物质内能。
脉冲电流产生的强磁场作用于自身载流等离子体负载，使其受到洛仑兹力作用而向负载轴心内爆，通过惯性约束实现热核点火和燃烧。基于脉冲功率技术的快Z箍缩(Fast Z—pinch)技术可以实现驱动器电储能到Z箍缩负载动能或X光辐射能的高效率能量转换。2010年提出的Z箍缩直接驱动激光预热磁化套筒结合了惯性约束中压缩加热和磁约束中磁绝缘和α加热增强的优势，有望为实现聚变提供新途径。
大致意思是目前激光约束突破很难，但Z-箍缩给出了一个新方向，使得聚变的门槛变得更低，原因也比较简单，与磁约束动辄几栋楼那么大、聚变腔体堪比一个小会议室，Z-箍缩明显要小很多，能量输入也不大。
Z-FFR混合堆的另一个关键就是次临界反应堆，它以低含量铀-235为核燃料，混合大量铀-238（普通核反应堆中这个为核废料），轻水为传热、慢化介质并与压水堆技术结合的次临界反应堆。
它的工作过程是这样的，氘氚聚变后的高能中子能量达14MeV，通过轻水减速后被铀-235捕获发生裂变，其裂变产生的2~3个“中能”中子被轻水减速后再被铀-235捕获再次裂变。
另一个则是轻水减速中子的效果很差（就需要它不好），大部分聚变产生的高能中子并不会被减速，而是直接被铀-238捕获，高能中子可以直接让其裂变，能量稍低的也能让其完成增殖变成铀-239、经过几次衰变后转化为钚-239。
钚-239大家都知道，这是制造原子弹的原料，当然这也是可以裂变的产物，所以在混合堆中裂变燃料利用率之高难以想象，比如快中子增殖堆中的钍等都以利用起来，对这些可裂变或者原来的裂变堆中的难以裂变的原料甚至核废料都可以裂变，利用率可达90%以上，就目前地球上的铀、钍资源可以为人类提供千年的能源。
还有一个关键则是其裂变过程的中子大部分都是Z-箍缩核聚变提供，如果Z-FFR混合堆失控，Z-箍缩核聚变停堆，那么提供裂变的高能中子将减少直至消失，这个裂变堆也会渐渐停止，不存在热失控的问题，这就是次临界堆的安全性。
因此Z-FFR混合堆安全性相当高，而且对中心核聚变堆的功率要求比较低，不过其制造成本就目前而言仍然比较高，100万千瓦的Z-FFR混合堆造价为30亿美元左右。
2028年并网发电？
Z-FFR混合堆中包含三个部分：Z-箍缩驱动器、聚变靶及爆室、次临界能源堆，最关键的技术是Z-箍缩驱动器，它需要数十兆安量级的电流产生百万大气压的磁压力，驱动套筒等离子体以每秒数百公里高速向心内爆，实现靶丸聚变。
彭院士认为，目前用于用于聚变研究的至少需要60兆安电流的驱动器，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；提出新型的磁绝缘传输线（MITL）等降低技术要求。
彭院士表示，通过极强的电脉冲产生的磁压力的驱动器将于2025年左右在成都建成，这台驱动器将产生5000万安培的电流，大约是美国桑迪亚国家实验室的类似设备Z-箍缩设备的两倍，它是2028年完成Z-FFR混合堆最关键的设备，这将为在2035年前完成商业发电做好准备。
核聚变发电技术：到底有几种？为何会那么难？如果不是很熟悉核聚变路线的朋友，对上文中的磁约束、惯性约束等关键词可能看得云里雾里，不过没关系，下文会继续介绍下核聚变的几条路线以及目前大致的进度。
核聚变的种类以及实现的难度
核裂变是利用重核被中子轰击后裂变为两个较轻的原子核，并且会释放出2~3个中子和大量能量的过程，核聚变刚好和这个过程相反，过程是两个个轻核聚变成两个重核的过程，你没有看错，重核裂变、轻核聚变都可以放出巨大能量，两者“交汇点”是铁核，因此恒星中一旦生成铁就无法聚变了，也没法裂变，成了一个“死球”，未来将会坍缩形成超新星爆发。
扯远了，再回到核聚变，尽管铁核前的原子核大部分都能聚变，但实现难度太高，因此科学家会找最容易聚变的原子核，这个标准就是结合能低，大致的顺序是原子序数越靠前结合能越低，氢最低（氢有氕氘氚三种同位素，氕占比最高为99.98%，氘为0.02%，氚痕量），不过两个氕核聚变要先吸收能量，将其中一个质子转变为中子，变成氘后再聚变，要求太高，只有太阳那样的核心才能完成，而且效率极低。
太阳核心的质子-质子链反应
因此科学家直接就找了氘和氚，也就是氢弹中的聚变材料，虽然这两种聚变材料条件比较低，但如果在没有特别大压力条件下，至少需要上亿度的高温并且长时间保持这个状态，才能让氘核和氚核有机会碰撞完成聚变，核聚变路线就是如何让这两种原子核保持在如此高温状态之下让其聚变的技术。
