彭先觉：核能利用研究的先行者

对于核聚变能源，人们一直寄予厚望，认为它是一种资源取之不尽、用之不竭的清洁核能，是人类的终极能源。这一认识已写入教科书，甚至写入各级国内能源发展战略和计划，并吸引了许多科学家为实现这一理想而努力。中国工程院院士彭先觉从事聚变能源研究多年，对聚变能源的未来前景进行了非常认真的研究和思考。他的意见很有意义。1993年，他开始关注中国和平利用核爆炸。1996年，他与合作者一起提出了“核爆炸聚集子站”的概念，形成了一个相对完整的核爆炸聚集子站概念，拓展了人类解决能源问题的思路。2001年，他开始关注Z箍缩缩聚反应，并成为中国工程物理研究所Z箍缩缩聚反应研究的技术负责人。2008年，他提出了“Z箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)”的概念，并带领团队进行了近十年的深入研究。结论是，这是下一个千年最具竞争力的能源。

彭先觉，原中国工程物理研究院科学技术委员会主任，研究员，中国工程院院士。1941年出生于湖南省湘潭市沂沭河唐嫣村。1959年考入哈尔滨军事工程学院原子能工程系。毕业后，他被分配到核工业部第九研究院理论部从事核武器的开发和设计工作。他承担了许多重要发展模式的设计任务，并在各种核武器的发展和设计方面做出了许多发明。他是第二代氢弹次级技术路线的发起人(也被称为氢弹主体)。1999年，他当选为中国工程院能源与采矿工程系院士。

近年来，彭先觉院士通过对核能和聚变能的研究，取得了一些非常重要的认识:

首先，纯变电站很难成为有竞争力的未来能源。

能源也是一种商品。一种能源是否受青睐取决于它是否有高质量和好价格。能源的优点和缺点可以通过其安全性、经济性、耐久性和环境友好性来评估。从理论上讲，太阳能、快堆、聚变堆以及核能中的聚变-裂变混合堆是支撑人类未来长期生存和发展的能源。太阳能的优点是安全、耐用(光伏发电厂的耐用性将取决于稀有金属元素的储量和可回收性)和环境友好。缺点是间歇性、分散和经济。能否成为稳定规模的能源(如保证大城市的能源供应)取决于储能技术的发展，这是一个重大的技术问题，将严重影响其经济性。核能的重要优势是稳定性、可持续性和规模。核能快堆可以将铀资源的利用率提高到60%左右。即使是地球上的资源也只能维持人类一千多年的能源供应，所以它是一种持久的能源。缺点是经济不是很好，技术上依赖于铀和钚的核燃料循环，并且对环境有一定的影响；其安全性大致相当于压水堆，但在运行期间应更加小心。聚变能目前仍是科技领域的一大难题。实现聚变的主要途径是磁约束和惯性约束。惯性约束聚变必须有驱动器来创造条件。最有可能的驱动器是激光和Z箍缩驱动器。但无论从哪方面来看，经济都非常糟糕。拥有100万千瓦电力的托卡马克型磁约束商业电站将耗资100多亿美元，而且难以操作和控制。将近50%的发电量将被消耗掉(发电站的能量增益Q值小于3)。目前仍存在许多问题，如氚的自持性、等离子体破裂、材料的抗辐射能力等，具有一定的技术风险。对于激光聚变来说，以第二重复率工作的激光器是最大的困难，其成本将超过100亿美元。其次，当激光应用于能源时，存在一些材料和环境上的困难。Z箍缩驱动聚变也是如此。目前，驱动器的工作频率为0.1赫兹，并联一个电站需要10个以上的驱动器。因此，电站的成本将超过100亿美元，而且在长期稳定运行方面也将面临困难。此外，激光和Z箍缩都具有低能量产生效率(Q值约为5)。因此，我们说纯集气站不经济，有一定的技术风险。它不是一种有竞争力的未来能源。

其次，Z-FFR是未来人类规模能源最强有力的竞争对手

聚变和裂变的巧妙结合是应用核能的有效方法。裂变技术可以用来解决聚变问题，聚变技术可以用来克服裂变瓶颈，实现综合性能的突破性提高。利用Z箍缩驱动惯性约束聚变具有驱动原理、结构简单、成本低、能量转换效率高的优点。Z-FFR主要基于裂变能量释放，聚变仅占总能量的5%左右，这大大降低了聚变作为一种能量应用的要求；至于裂变反应堆，由于高能聚变中子的加入，它们的优点可以进一步发展，它们的缺点可以通过巧妙的设计加以改进甚至消除，使它们成为高质量的能源。概念研究表明，堆只需要一个驱动程序。裂变反应堆采用金属天然铀锆合金作为核燃料，水作为传热和减速介质，可实现10倍以上的能量放大，提高裂变核素的价值。因此，核燃料循环可以用“干法”进行，从反应堆排出的放射性核废料每年只有200公斤左右。5年的换料，换料可以添加5t贫化铀或钍继续燃烧，铀资源利用率达到90%以上，因此这种方式可以独立维持人类几千年的能源供应。此外，更重要的是它非常安全。裂变反应堆总是处于深亚临界状态，不会有严重的安全事故。此外，很容易建立几个被动余热安全系统。因此，可以说从根本上解决了核能的安全问题，也为分布式核能模式奠定了基础。这种桩的成本估计约为30亿美元，非常经济和环保。因此，未来的能源将在太阳能、快堆和堆芯堆之间展开竞争，堆芯堆作为规模能源将具有明显的优势。

第三，核聚变也很难(或几乎不可能)成为取之不尽的能源。

目前的聚变使用氢同位素氘和氚作为燃料，而氚是一种放射性核素，半衰期为12.3年。它不存在于自然界，主要是由中子轰击锂-6产生的。因此，可利用的聚变能依赖于锂-6的储存。从目前的地质勘探情况来看，陆地上储存的聚变能只有陆地上储存的铀裂变能的三分之一左右，因此氘氚聚变能不可能长期维持人类的能源供应。原意是无穷无尽的，主要是希望氘氘聚变。然而，除了核爆炸，氘和氘在其他方面的聚变能量在物理上几乎是不可能的。让我们先来看看磁约束方法。由于氘-氘聚变反应速率比氘-氚低近两个数量级，为了实现氘-氘聚变，必须大大提高燃烧等离子体的温度和密度，并增加等离子体的约束时间。更不用说由此带来的工程和材料上的困难了，加热等离子体的功率可能会增加几倍，因此发电站不能有能量输出。惯性约束聚变也是如此。从靶丸压缩的角度来看，即使用更多的能量来压缩，压缩程度不能显著提高。为了使氘和氘燃烧，只有数量级才能提高聚变燃料的质量，而驾驶员所需的能量需要增加近两个数量级。这种系统的能量增益远小于1，更不用说能量了。因此，终极能量的主张只是一个美丽的幻想，甚至是一个误导。

第四，关于核能的“清洁问题”

核能产生放射性，纯核聚变也不例外。因此，“清洁”并不是一个绝对的概念，关键是放射性物质的数量和形式，是否便于有效地控制和管理，使其不会对人类及其生活环境造成危害，并且经济成本是适当的。毫无疑问，裂变比聚变产生更多的放射性物质。然而，如前所述，如果用“干法”处理Z-FFR，则每年从反应堆排出的核废料量非常少，这将更便于处理，并且其他放射性核素将在反应堆中燃烧。因此，我们认为，关于裂变反应堆放射性的讨论应该基于具体情况，不能一概而论。换句话说，与Z-FFR相比，纯聚变在“清洁”方面的优势非常有限。

上述观点是一个家庭的话，但它们也是一个更科学和务实的判断。