四年前,中国科学家完全自主研发、调试,在24年的艰辛探索后掌握了核反应快堆技术,成为世界上第8个可以实现动力堆乏燃料后处理的国家。
现在,我们在混合堆技术上又迈上了历史性的一步。科技日报从中物院核物理与化学研究所独家获悉,该所聚变裂变混合研究中心已初步完成了热功率为3000兆瓦的Z箍缩聚变—裂变混合反应堆概念设计。
作为介于聚变堆和裂变堆之间的一种次临界核反应堆,它可将目前核燃料资源只能维持100年的状况延长到数千年,称之为能源革命或者说工业革命一点也不过分。
我们先来了解一下可以预见的成本,核电站如果采用Z篐缩驱动混合堆方案,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。
同时,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。
好,下面介绍原理。
聚变—裂变反应堆构想由中物院彭先觉院士于2009年提出,按照方案,Z箍缩聚变—裂变混合堆主体部分由Z箍缩聚变堆芯、裂变包层、产氚包层和燃料循环系统等组成。
在聚变堆芯中,重频驱动器输出的60兆安超强电流,产生的强大洛仑兹力引起箍缩效应,输出大量高能聚变中子;在高能聚变中子作用下,包裹在聚变堆芯周围的铀—238发生裂变反应,产生稳定、可控地输出巨大能量;裂变包层泄漏中子用于产氚,在燃料循环系统中实现氚的“自持”循环。
该所聚变裂变混合研究中心常务副主任黄洪文表示,Z箍缩聚变—裂变混合堆可在实现烧贫铀或乏燃料并兼顾次锕系核素嬗变,将铀利用率提高至90%以上。
此外,该堆不产生传统意义上的乏燃料,环境排放低,同时也有利于防核扩散;包层采用深次临界和良好的传热设计,临界安全和余热安全性能突出。
可控核聚变是人类目前最前沿的技术,我国的混合堆可以说是在这个大背景下进行的进一步探索。
乏燃料:核电站发电是通过核燃料在核反应堆中发生裂变反应放出能量,和火力发电站要不断加煤一样,当核燃料维持不了一定的功率的时候也需要更换,这些被换下来的核燃料组件就叫做乏燃料。