彭先觉:聚变能发展方向应走混合堆道路

人物简介：

彭先觉，核物理专家。1941年出生于湖南湘潭县。1964年从哈尔滨军事工程学院原子工程系毕业后分配至二机部九院（中国工程物理研究院）理论部从事核武器的理论研究及设计工作。1999年起任院科技委主任，同年当选为中国工程院院士。1993年起兼任原国防科工委核试验专家组组长（两组长之一），2002年起兼任总装备部科技委兼职委员，核武器技术专业组组长。2007年10月被科技部聘为国家磁约束聚变专家委员会主任。现为博士生导师，中国核学会副理事长。曾获“科学大会奖”、“国家科技进步一等奖”三项、二等奖二项、三等奖二项及部委级奖多项。1994年获“国家有突出贡献中青年专家”称号，1992年获“光华科技基金一等奖”，1997年获“何梁何利基金科技进步奖”。

在科学家的心目中，聚变能是未来能源的理想目标，然而，这个目标如今尚属“可望不可及”。对此，核物理专家、中国工程院院士彭先觉进行了开拓性研究与探索。

彭先觉院士认为，人类生存和发展最重要的物质基础是能源。与裂变产物相比，聚变产物放射性少，尤其是基本没有长寿命的放射性核素，因此有安全、清洁能源之美称。然而，经过半个多世纪的研究，人们发现，聚变能要成为有竞争力的能源，以目前的知识水平来判断是几乎不可能的。

核能作为未来能源，衡量其竞争力的主要标志有：安全性、经济性、持久性和环境友好性。聚变能与裂变能相比，在安全性和环境友好性上有优势，但在经济性和持久性上则明显不如。

彭先觉院士表示，首先看经济性。目前，作为聚变能源研究的主要技术路线有三条：磁约束聚变（Tokamak方式）、激光驱动惯性约束聚变和Z箍缩驱动惯性约束聚变。对磁约束聚变而言，一是建造规模大、技术复杂、成本高（100万千瓦电站估计超过100亿美元，一般热中子电站不到20亿美元，快中子电站可能加倍）；二是运行控制难度高，能量生产效率低（运行需消耗自身发电量的50%以上，因此大大增加了运行成本）；三是材料抗辐照问题。现有材料的抗聚变高能中子辐照能力尙不足商用堆标准的三分之一，而达标则是科学技术上的大难题。显然，材料的抗辐照能力也直接关系到堆运行的经济性。对激光驱动和Z箍缩驱动纯聚变能源而言，主要的问题是驱动器建造成本太高（激光驱动100万千瓦纯聚变电站估计在100亿美元左右，Z箍缩驱动则有可能超过100亿美元）。从上可见，纯聚变商用堆，无论哪种技术路线，在经济上都没有竞争力。

再看持久性。这主要取决于技术路线和资源。实现聚变并不难，但要实现能源规模的聚变却非常困难。目前，能够实现较大规模聚变的途径都只能是烧氘氚，完全烧氘则几乎不可能。而氚是放射性元素，半衰期12.3年，自然界中不存在，只能由中子辐照锂-6来生产。因此聚变能源的持久性就取决于锂-6的资源量。从现在已探明的资源看，锂资源可提供的能量总量只有铀资源（按铀-238裂变计）的三分之一。过去说聚变能可取之不尽、用之不竭是针对烧氘而言的，实际上，纯氘非常难烧，当前、甚至未来的科学技术都难以做到这一点。

总之，纯聚变能源在两个最重要的方面不如裂变能源，而裂变能源经过多年的努力，在安全性和环境适应性方面也有了长足的进步，故纯聚变单独成为能源没有竞争力。但聚变时产生的高能中子能够引起铀-238和釷-232裂变，如果把聚变-裂变很好组合起来，则有可能成为一条好的未来能源的技术路线。由中国工程物理研究院研究团队提出的新型的聚变-裂变混合堆，能够在以天然铀为初始燃料的情况下，把聚变能量放大10倍到20倍；可以实现持续烧铀-238和釷-232，把资源利用率提高到80%以上；可用“简便方法”进行核燃料的循环，并能嬗变掉堆反应过程中产生的长寿命核素，因而具有很好的经济性和环境友好性。

彭先觉院士指出，新型混合堆具有天然的安全性，而且可把聚变能源技术的难度大大降低，以目前的技术能力来判断，完全有可能在不久的将来建成具有独特优点的能源系统。因此认为，聚变能未来发展的方向应是走混合堆道路。