第二看台

    12月初举行的“国防邮电产业职工技术创新成果展”上，中国工程物理研究院（以下简称“中物院”）核物理与化学研究所参展的Z箍缩聚变-裂变混合堆（简称Z-FFR）模型，再次点燃了人们关于“千年能源”的无限遐想。

    从2008年中物院率先提出“Z箍缩大能量驱动-局部体点火聚变概念”和“先进次临界能源堆”概念；到2011年Z-FFR概念设计研究获得国防科工局核能开发项目支持；再到今年2月该项目通过验收，形成Z-FFR基本技术路线和实验堆初步概念设计。目前，该研究正进入开展“Z箍缩驱动聚变-裂变混合实验堆”关键技术研究的崭新阶段。

    未来该研究将带来哪些成果和突破？记者日前独家采访了中物院核物理与化学研究所混合堆研究团队。

    一条有竞争力的能源技术路径

    聚变裂变混合反应堆是由彭先觉院士基于武器设计灵感，集近期可获得的聚变技术和较成熟的裂变技术，通过精密设计系统内的中子能谱分布，提出的具有创新性的核聚变能源利用新构型。

    团队首席专家李正宏研究员说，按照今年2月通过验收的设计方案，Z-FFR主体由Z箍缩聚变堆芯和能源包层构成，堆芯产生聚变中子，驱动包层裂变，实现中子增殖和能量的放大输出，并维持堆的氚自持。

    李正宏说，要实现同等规模的能量输出，Z-FFR相比纯聚变堆可将材料中子辐照损伤和氚消耗降低约一个量级，能量增益提高一个量级，大幅降低建堆的难度。

    实验堆将为商业示范“打前站”

    要将Z-FFR设计概念发展成可规模部署的能源堆技术，首先要建实验堆。

    “建立必要的综合性研究平台，以验证能源背景下Z箍缩聚变、深次临界能源包层、燃料循环等关键技术，对Z-FFR相关的物理、技术、材料和工程问题进行系统研究与试验，以充分降低其工程技术风险。”李正宏说，团队的Z-FFR实验堆建设计划，正是围绕上述目标提出。

    他介绍，拟建设的Z-FFR实验堆，将研制由10MW级Z箍缩聚变堆芯、可变构型能源包层实验系统、在线氚燃料循环实验系统等构成的综合性研究平台，逐步突破能源背景下Z箍缩聚变、深次临界能源包层和燃料循环等方面的关键技术，开展Z-FFR物理、技术、工程问题研究和技术集成，为后续发展Z-FFR商业示范堆创造必要条件等。

    谈到项目可行性，团队首席专家助理黄洪文研究员认为，自20世纪末，基于Z箍缩的惯性约束核聚变已取得里程碑式进展，为实验堆研发奠定良好基础。

    2008年，中物院就提出了“Z箍缩大能量驱动-局部体点火聚变概念”和“先进次临界能源堆”概念，研究证实可以在约等于40MA电流条件下实现聚变点火燃烧和贫铀的直接利用；同年10月，相关团队进一步提出将Z箍缩聚变技术与先进次临界能源堆技术结合，形成以满足能源应用为基本诉求的Z-FFR概念。特别是自2011年Z-FFR概念设计研究立项后，研究团队已形成基本技术路线、实验堆初步概念设计等，为开展下一阶段Z-FFR实验堆的研制工作提供了前提条件。

    “此外，中物院长期从事爆炸式聚变、裂变反应装置的研制、运行和相关物理、技术、工程、材料等问题的研究，建有大型科学计算平台、多用途研究堆、聚龙一号装置、临界/次临界装置及在线产氚实验平台等一系列重大基础研究设施，具备开展Z-FFR实验堆研制工作的技术能力和基础条件。”黄洪文说。

    或引发核能源研究“蝴蝶效应”

    “作为一项未来的尖端大科学设施，实验堆的建设不仅有利于聚变裂变混合堆研究本身，更可为我国强辐射物理、高能密度物理、天体物理等基础科研提供不可多得的实验研究条件。”中物院核物理与化学研究所所长彭述明研究员说。

    他认为，实验堆将有利于我国惯性约束聚变能源科学、技术与工程体系的构建，促进Z箍缩直接驱动-整体点火等重大科技创新概念的完善，推动高增益聚变燃烧物理、高功率脉冲功率技术、高峰值功率次临界堆、复杂体系氚自持循环等一批尖端科技的发展。同时，也有利于我国核能领域核心材料研制能力的提升，推动高温、高压、强辐射等极端条件堆材料技术的发展，为我国建立核能材料完整的研发体系提供助力。据悉，仅在此前实验堆初步概念设计阶段，相关研究团队已先后获授权发明专利15项。

    “总体来看，着手开展Z-FFR实验堆研制的时机已经基本成熟，基本条件业已具备，我们有希望也有能力联合国内外研究机构努力实现关键技术的突破，完成本项目Z-FFR实验堆的研制和建设。”李正宏说。