科技日报记者 罗云鹏 通讯员 郑阳
1月15日，在广东省深圳市举行的第17期科技创新院士报告厅中，中国工程院院士、中国工程物理研究院科技委原主任彭先觉围绕“核聚变与未来核能”进行演讲，并表示聚变能应用的出路在于聚变和裂变的结合。
当前，全球能源界正经历一场前所未有的“可控核聚变热潮”。然而，在资本追逐与技术愿景的喧嚣背后，商业化落地的“最后一公里”依然迷雾重重。面对全球能源转型可能出现的电力缺口，如何寻找更可靠、更经济、更安全的聚变能商业落地方案？
彭先觉院士对当前主流的两大核聚变技术路线（磁约束聚变与惯性约束聚变）进行了分析，并指出无论是哪一条路线，在迈向商业化的道路上都面临着障碍。
据了解，在磁约束聚变中，目前全球最大的国际热核聚变实验堆采用这一技术路线。虽然磁约束路线在等离子体物理研究上已经走了很远，但在物理上还存在不确定性。从工程角度出发，亦面临很难逾越的耐辐照材料和氚自持瓶颈。
而在惯性约束聚变方面，以美国的NIF装置为代表（采用巨型激光器，驱动约1毫米直径燃料小球，实现惯性约束热核聚变）。惯性约束方案可缓解磁约束的耐辐照材料难题，但这一类激光器的能量转换效率目前还很低，走向能源存在很大不确定性。另外，氚自持的困难也很难解决。
彭先觉院士将目光投向了Z箍缩的技术路线。Z箍缩，又称为电磁驱动，采用大型脉冲放电装置，驱动约1厘米直径燃料小球，实现惯性约束热核聚变。其聚变同样属于惯性约束的一种，相比激光驱动的惯性约束路线，能量转换效率要高得多，输出能量也要大很多。但如果是做“Z箍缩纯聚变”的能源系统，一台百万千瓦电站需要十余个聚变装置并联运行，从经济角度看依然行不通。氚自持同样很难实现。
针对纯聚变难以逾越的瓶颈，彭先觉院士团队突破性地提出“Z箍缩聚变裂变混合堆（Z-FFR）”技术路线：充分利用裂变，突破纯聚变能源规模难做大、氚自持很难实现的困局；同时利用聚变技术，巧妙地解决裂变堆在安全性、放射性废物、铀钍资源利用率等方面的瓶颈。据彭先觉院士介绍，在Z-FFR架构中，聚变性能足够优越，由此裂变部分可以使用最简洁、最安全的方式将聚变产生的能量规模实现扩大，同时将高能中子对材料的辐照强度有所降低。这“一升一降”之间，为未来可控核聚变能源的商业化落地开辟了一条切实可行的路径，这是未来核能发展的必然之路。
彭先觉院士在演讲中简单估算了一笔“经济账”，若采用Z箍缩技术路线建设一座100万千瓦级的纯聚变电站，其造价规模高达250亿美元，对于能源系统而言经济上完全没有竞争力。而在“Z箍缩聚变裂变混合堆”的技术路线下，同样建设一座100万千瓦级的电站，当前建造成本可大幅压缩至约30亿美元，实现规模化生产后，这个数字将来可能还会降得更低。
演讲的最后，彭先觉院士给出Z箍缩聚变裂变混合堆路线的产业化时间表，预计2035年左右可建成百万千瓦示范电站，并有很大可能在2040年左右实现商业应用。
科技创新院士报告厅第17期活动由深圳创新发展研究院、中关村产业转型升级研究院、深圳企联等机构共同主办。
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