聚變和裂變可能被視為相互競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)手，但聚變技術(shù)可以從裂變發(fā)展上學(xué)到很多，合作可能會(huì)在這兩個(gè)領(lǐng)域都取得成功。
1、聚變優(yōu)勢(shì)
目前正在法國建造的ITER是多個(gè)托克馬克聚變裝置之一。(圖源：ITER)
核裂變和核聚變通常遵循單獨(dú)的、有時(shí)是競(jìng)爭(zhēng)性的發(fā)展道路。
裂變界傾向于支持人們普遍認(rèn)為的聚變“永遠(yuǎn)是30年后的事”。聚變界聲稱，與裂變相比，聚變提供了巨大的優(yōu)勢(shì)：
根據(jù)ITER組織：
“聚變是一種潛在的安全、無碳排放和幾乎無限的能源。”
單位質(zhì)量聚變釋放的能量幾乎是核裂變反應(yīng)的四倍。
聚變?nèi)剂蠌V泛可用，而且?guī)缀跞≈槐M用之不竭。氘(D)可以從所有形式的水中回收，而氚(T)可在聚變反應(yīng)過程中由聚變中子與鋰相互作用而產(chǎn)生。
與裂變一樣，聚變不會(huì)排放二氧化碳或其他溫室氣體——它的主要副產(chǎn)品是氦氣，一種惰性無毒氣體。
與裂變不同，核聚變反應(yīng)堆不會(huì)產(chǎn)生高放射性或長(zhǎng)壽命的核廢料，聚變反應(yīng)堆中也沒有可用于制造核武器的濃縮材料。
在托卡馬克聚變裝置中，類似于福島核事故是不可能發(fā)生的。
至關(guān)重要的是，聚變每千瓦時(shí)的平均電力成本預(yù)計(jì)也會(huì)類似于裂變——當(dāng)技術(shù)剛開發(fā)時(shí)，會(huì)稍微貴一點(diǎn)，而隨著規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本，成本會(huì)更低。
這份清單主要涉及托卡馬克裝置產(chǎn)生的聚變，比如法國南部正在建造的ITER聚變裝置。
完成ITER項(xiàng)目的關(guān)鍵組成部分——增強(qiáng)熱負(fù)荷第一壁(圖源：中核集團(tuán))
ITER建設(shè)始于2005年，建立在第一次全球合作的基礎(chǔ)上。
歐洲承擔(dān)了其建造成本的近一半，而這家國際合資企業(yè)的其他六個(gè)成員國(中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國)也承擔(dān)其余成本。
2、聚變方式
MAST Upgrade是一款由英國支持的球形托卡馬克(圖源：英國原子能機(jī)構(gòu))
托卡馬克裝置是限制這種聚變裝置所需等離子體的最常見方法。
他們使用強(qiáng)大的超導(dǎo)磁體將等離子體保持在環(huán)形(環(huán)形)容器中。帶電等離子體粒子本身的流動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，有助于限制等離子體。
然而，還有其他重要的聚變方法。
20世紀(jì)50年代，美國天體物理學(xué)家萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer)表示，磁場(chǎng)也可以配置在一個(gè)扭曲的環(huán)中——一種被稱為恒星加速器的設(shè)備。
最初由蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代開發(fā)的托卡馬克裝置，直到發(fā)展到最近才不那么復(fù)雜。
Wendelstein 7-X裝置的關(guān)鍵部件是一個(gè)50圈的超導(dǎo)磁線圈，高度大約為3.5米。
如今，馬克斯·普朗克等離子體物理研究所(IPP)在德國格雷夫斯瓦爾德建造了Wendelstein 7-X實(shí)驗(yàn)恒星加速器，耗資11.5億美元，于2015年完工。
慣性約束，這個(gè)想法自20世紀(jì)50年代以來就一直存在，聚變等離子體不受磁場(chǎng)約束。相反，沖擊波將其壓縮到所需的巨大密度。
NIF激光室內(nèi)一名技術(shù)人員在將聚變?nèi)剂系男緣K被固定在頂部圓柱形黑洞靶位置(圖源：LLNL)
勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的美國國家點(diǎn)火設(shè)施(NIF)正在研究這種方法，D–T燃料的小膠囊使用激光脈沖內(nèi)爆。
英國原子能機(jī)構(gòu)(UKAEA)的卡爾哈姆聚變能中心(CCFE)正在進(jìn)行大量工作，該中心正在進(jìn)行幾個(gè)重大項(xiàng)目。
其中包括歐洲聯(lián)合環(huán)流器(JET)，它是目前世界上最大、最強(qiáng)大的托卡馬克。
JET項(xiàng)目控制室(圖源：EUROfusion)
JET是歐洲聚變研究計(jì)劃的焦點(diǎn)，為ITER提供資金。CCFE的MAST(Mega Amp Spherical Tokamak)Upgrade是一項(xiàng)先進(jìn)的托卡馬克實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)被稱為球形托卡馬克的緊湊聚變裝置的設(shè)計(jì)。
計(jì)劃中的STEP大樓(圖源：UKAEA)
用于能源生產(chǎn)的球形托卡馬克(STEP)是一個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃，旨在基于球形托卡馬克概念為商業(yè)上可行的聚變發(fā)電廠提供集成設(shè)計(jì)。
韓國KSTAR(圖源：國家聚變研究所)
其他政府支持的項(xiàng)目，包括位于大田的國家聚變研究所(NFRI)的韓國超導(dǎo)托卡馬克反應(yīng)堆(KSTAR)和中國的實(shí)驗(yàn)先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克(EAST)，這兩個(gè)項(xiàng)目與JET一樣，都將被送入ITER。
EAST托卡馬克(圖源：合肥物理科學(xué)研究院)
所有這些項(xiàng)目都旨在產(chǎn)生持續(xù)的聚變反應(yīng)，大多數(shù)項(xiàng)目都實(shí)現(xiàn)了不同水平的聚變，時(shí)間以秒為單位。
有幾個(gè)雄心勃勃的后續(xù)設(shè)備計(jì)劃(2050年后)將展示商業(yè)聚變能源生產(chǎn)。其中包括EuroFusion計(jì)劃中的ITER的繼任者——DEMO;韓國的K-DEMO(與美國能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室合作)和中國的聚變工程試驗(yàn)堆。
3、私營企業(yè)扎堆
TAE是一家私人資助的聚變技術(shù)企業(yè)
除了這些政府舉措之外，近年來開發(fā)聚變概念的私營公司數(shù)量迅速增長(zhǎng)。
2022年初，聚變行業(yè)協(xié)會(huì)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，過去一年，對(duì)私營聚變公司的投資增加了一倍多，新成立了8家公司，總數(shù)達(dá)到約33家。
根據(jù)該調(diào)查，聚變公司宣布了超過48億美元的資金，比2021增長(zhǎng)了139%，私人對(duì)聚變能源的投資首次超過了政府的資金。
ST40球形托卡馬克(圖源：托卡馬克能源公司)
一些私人聚變公司正在開發(fā)縮小版的托卡馬克設(shè)計(jì)，例如正在研究球形托卡馬克的托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)。
聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司(CFS)，由麻省理工學(xué)院等離子體科學(xué)與聚變中心分拆出來的，正在為SPARC托卡馬克開發(fā)高溫超導(dǎo)磁體。
Machine 3示意圖(圖源：First Light Fusion)
另一個(gè)大學(xué)衍生項(xiàng)目，英國牛津大學(xué)的First Light Fusion，正在開發(fā)慣性約束，使用電磁射彈槍而不是激光來壓縮目標(biāo)。
加拿大的General Fusion和UKAEA已經(jīng)啟動(dòng)了推進(jìn)磁化目標(biāo)聚變商業(yè)化的項(xiàng)目，目的是在牛津的卡爾哈姆校區(qū)建造一臺(tái)演示機(jī)。
使用離心機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)充滿熔融鉛和鋰的腔室，在液態(tài)金屬中打開一個(gè)空腔，等離子體就在這里。
活塞系統(tǒng)將更多的液態(tài)金屬泵入腔室，壓縮等離子體以啟動(dòng)聚變。該過程以脈沖形式重復(fù)。
加州初創(chuàng)公司TAE Technologies計(jì)劃放棄D–T燃料，將普通氫氣與硼-11融合。
華盛頓州的初創(chuàng)公司Helion的目標(biāo)是直接通過聚變發(fā)電，而不使用該過程來加熱流體和驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。
Trenta聚變發(fā)電機(jī)原型的分流器(圖源：Helion Energy)
Helion計(jì)劃融合氘和氦-3的混合物。然而，氦-3需要通過D–D聚變產(chǎn)生。
雖然這些私營公司建立在數(shù)十年來國家對(duì)大型項(xiàng)目的投資基礎(chǔ)上，但一些公司，如托卡馬克能源公司、CFS和GF，也直接受益于英國政府和美國能源部的投資。
4、聚變挑戰(zhàn)
隨著研究的繼續(xù)，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，聚變相對(duì)于裂變所聲稱的優(yōu)勢(shì)并沒有那么明確。
毫無疑問，聚變反應(yīng)堆比裂變反應(yīng)堆本質(zhì)上更安全。
由于聚變過程很難啟動(dòng)和維持，因此不存在失控反應(yīng)或堆芯熔化的風(fēng)險(xiǎn)。
聚變只能在嚴(yán)格的操作條件下發(fā)生，在發(fā)生事故或系統(tǒng)故障的情況下，等離子體將自然終止，很快失去能量，并在反應(yīng)堆受到任何持續(xù)損壞之前熄滅。
然而，聚變的批評(píng)者指出了一些需要解決的潛在問題：鋰-6、鈹和氚的供應(yīng)有限;電力消耗問題;產(chǎn)生大量的中低級(jí)廢物(ILW和LLW);以及冷卻。他們還對(duì)不存在擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)的說法提出質(zhì)疑。
氚是另一個(gè)關(guān)鍵問題。
雖然氫同位素氘可以從海水中廉價(jià)提取，但氚的半衰期僅超過12年，因此根本不容易獲得。它只以微量自然存在，并且需要核反應(yīng)堆來生產(chǎn)。
聚變科學(xué)家的目標(biāo)是通過培育他們需要的氚來解決這個(gè)問題。
如果反應(yīng)堆壁襯有鋰毯，聚變反應(yīng)中釋放的高能中子可以將鋰分解為氦和氚。
然而，首先需要一個(gè)工作的聚變反應(yīng)堆來以這種方式繁殖氚。
目前，世界上唯一的商業(yè)來源是19個(gè)加拿大氘鈾(Candu)反應(yīng)堆，每個(gè)反應(yīng)堆每年產(chǎn)生約0.5公斤。其中一半的反應(yīng)堆已接近設(shè)計(jì)壽命的終點(diǎn)。
此外，除非能夠開發(fā)出新的生產(chǎn)方法，否則隨著ITER等聚變反應(yīng)堆開始燃燒燃料，可用的氚庫存將穩(wěn)步下降。
迄今為止，氚的增殖從未在聚變反應(yīng)堆中進(jìn)行過測(cè)試，其效率也未知。
在最近的一次模擬中，加州大學(xué)的核工程師發(fā)現(xiàn)，在最好的情況下，發(fā)電反應(yīng)堆只能產(chǎn)生略多于自身燃料所需的氚。
氚泄漏或長(zhǎng)期維護(hù)停機(jī)可能會(huì)進(jìn)一步降低這一裕度。
丹尼爾·賈斯比(Daniel Jassby)在1999年之前一直是普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室研究聚變的主要研究物理學(xué)家，他在最近的幾篇文章中詳細(xì)描述了聚變面臨的問題，指出，有不到10%的注入燃料在逃離反應(yīng)區(qū)之前會(huì)被燃燒。
他說：“因此，絕大多數(shù)……必須從反應(yīng)堆無數(shù)子系統(tǒng)的表面和內(nèi)部清除，并在完全燃燒之前重新注入10到20次。”
他補(bǔ)充說，在使用氚的兩個(gè)磁約束聚變?cè)O(shè)施(普林斯頓的托卡馬克聚變?cè)囼?yàn)堆和JET)中，大約10%的注入氚從未被回收。
至于其他缺點(diǎn)，賈斯比說，聚變產(chǎn)生的中子流直接導(dǎo)致四個(gè)問題：對(duì)結(jié)構(gòu)的輻射損傷;放射性廢物;生物屏蔽的必要性;以及生產(chǎn)武器級(jí)钚239的可能性，從而增加了核武器擴(kuò)散的威脅。
此外，聚變反應(yīng)堆也面臨許多裂變問題，“包括氚釋放、令人生畏的冷卻劑需求和高昂的運(yùn)行成本”。
聚變裝置特有的問題包括不可避免的現(xiàn)場(chǎng)電力消耗，這大大減少了可供銷售的電力，以及氚的有限可用性。
5、輸出電力情況
聚變反應(yīng)堆消耗了其產(chǎn)生的大部分功率，導(dǎo)致“寄生功率消耗，其規(guī)模是任何其他電源都未出現(xiàn)的”。
即使在聚變等離子體處于休眠狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)堆外部的基本輔助系統(tǒng)也必須持續(xù)保持，并且當(dāng)聚變輸出因任何原因中斷時(shí)，必須從區(qū)域電網(wǎng)購買該電力。
在磁約束聚變中控制聚變等離子體和在脈沖慣性約束聚變中點(diǎn)燃燃料艙也需要功率。
他補(bǔ)充道，如果聚變功率為300 MWe，那么120 MWe的全部電力輸出幾乎無法滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。
“為了有任何經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的機(jī)會(huì)……聚變功率必須提高到數(shù)千兆瓦，這樣總的寄生功率消耗就相對(duì)較小”。
聚變反應(yīng)堆還對(duì)產(chǎn)生蒸汽的二次冷卻回路以及從低溫冰箱和泵等其他反應(yīng)堆子系統(tǒng)中去除熱量的水資源提出了巨大的需求。
寄生電力消耗對(duì)用于冷卻的水資源提出了額外需求，這些其他類型的熱電廠都是沒有的。
為了產(chǎn)生可用的熱量，攜帶氘-氚聚變80%能量的中子流必須通過反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)，這些容器結(jié)構(gòu)壁有含鋰覆蓋層和冷卻劑減速、冷卻層。
預(yù)計(jì)固體容器壁中的中子輻射損傷將比裂變反應(yīng)堆中的更嚴(yán)重。許多部件，如毯和分流器，預(yù)計(jì)每5-10年需要更換一次。
此外，雖然每公斤廢物的放射性水平比裂變反應(yīng)堆廢物小得多，但體積會(huì)大很多倍。
國際社會(huì)越來越認(rèn)識(shí)到，這是一個(gè)需要解決的問題。
2022年5月發(fā)表在《核聚變》雜志上的一項(xiàng)研究得出結(jié)論：“需要制定廢物戰(zhàn)略，以減輕大量廢物對(duì)公眾認(rèn)為聚變是一種可行和清潔的替代能源的影響。”
此外，今年，英國放射性廢物管理委員會(huì)(CoRWM)就退役、放射性廢物管理和與聚變能相關(guān)的放射性廢物處理的影響發(fā)表了一份初步立場(chǎng)文件。
它指出：“除了氚排放和受污染的材料外，還需要在監(jiān)管控制范圍內(nèi)，在聚變反應(yīng)堆的整個(gè)生命周期內(nèi)管理中子活化產(chǎn)生的放射性材料和廢物。”
最后，有人斷言，核聚變不會(huì)造成核武器擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
賈斯比指出，“在聚變反應(yīng)堆中，只要將天然或貧鈾氧化物放置在任何能量中子飛行的任何位置，就有可能公開或秘密生產(chǎn)钚239”。
此外，“一個(gè)以氘-氚或僅以氘為燃料的反應(yīng)堆，將有許多公斤的氚庫存，這為轉(zhuǎn)移用于核武器提供了機(jī)會(huì)”。
6、從裂變經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)聚變
加拿大核實(shí)驗(yàn)室(CNL)和私人聚變開發(fā)商General Fusion將開展一系列聯(lián)合項(xiàng)目，以加快在加拿大部署商業(yè)聚變動(dòng)力。
人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到這些問題。特別是自2005年ITER開始建設(shè)以來，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，與其將裂變視為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手或“不良關(guān)系”，聚變界可以從核電行業(yè)發(fā)展過程中積累的幾十年經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)很多。
有可能有利于社區(qū)的協(xié)同作用，也有可以解決的共同問題，特別是在四代先進(jìn)堆的設(shè)計(jì)和開發(fā)方面。
這方面的文章開始出現(xiàn)在《聚變科學(xué)與技術(shù)》(2005年-四代堆與先進(jìn)聚變發(fā)電廠研究計(jì)劃之間的協(xié)同作用)等期刊上;聚變工程與設(shè)計(jì)(2006年-FNT發(fā)展與先進(jìn)核裂變技術(shù)之間的協(xié)同作用);和Revue Ge´ne´rale Nuclear´aire(2007年-裂變與聚變核能之間的協(xié)同作用)。所有這些都指出了開發(fā)新材料的必要性、安全和監(jiān)管問題。
原子能機(jī)構(gòu)一直站在最前沿，鼓勵(lì)人們理解核裂變和聚變?cè)谀茉瓷a(chǎn)技術(shù)發(fā)展方面的協(xié)同作用，以及長(zhǎng)期可持續(xù)性——包括放射性廢物的處理——以及聚變?cè)O(shè)施的法律和體制問題。
2022年初(2月28日至3月3日)，國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)創(chuàng)新核反應(yīng)堆和燃料循環(huán)國際項(xiàng)目(INPRO)啟動(dòng)會(huì)議舉行。9月舉行了一次后續(xù)會(huì)議。
這項(xiàng)跨學(xué)科研究的總體目標(biāo)是，支持聚變界在未來幾十年內(nèi)加快基于聚變的設(shè)施和集成聚變裂變系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施，并利用INPRO評(píng)估和分析盡早發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期可持續(xù)性和所需能力方面的可能差距。
工作范圍包括：審查和批判性分析以往在制定國家立法和基礎(chǔ)設(shè)施方面的經(jīng)驗(yàn);參與開創(chuàng)性的新聚變概念;確定關(guān)鍵問題，以便從使用INPRO工具和國家方法的角度進(jìn)行進(jìn)一步分析;以及在不同情況下確定全球和區(qū)域?qū)用娴南嚓P(guān)政策選擇。
將在2024年根據(jù)研究結(jié)果編制IAEA核能系列技術(shù)報(bào)告或IAEA TECDOC系列出版物。
實(shí)現(xiàn)這一總體目標(biāo)將通過IAEA和INPRO成員國在跨領(lǐng)域問題上的合作以及IAEA部門間的合作來實(shí)現(xiàn)。
UKAEA 卡爾哈姆服務(wù)中心的莎莉·福布斯(Sally Forbes)博士表示：“INPRO的研究將許多非技術(shù)領(lǐng)域結(jié)合在一起，學(xué)習(xí)了幾個(gè)國家的經(jīng)驗(yàn)。由于時(shí)間的原因，在核能方面，很多工作都是在最初階段之后完成的，而在聚變方面，我們現(xiàn)在正處于一個(gè)可以學(xué)習(xí)的階段。希望我們能將這些初步討論建立成指導(dǎo)意見，以制定一個(gè)共同的框架，在聚變之旅開始時(shí)實(shí)現(xiàn)一些國際協(xié)調(diào)，而不是在吸取教訓(xùn)中使用核能。”
對(duì)于核工業(yè)來說，安全、安保和保障措施是非常完善的程序，IAEA在這些領(lǐng)域的指導(dǎo)在全世界都得到接受。
然而，福布斯博士指出，聚變的放射性危險(xiǎn)性要低得多。
“我們可能不需要全面的核監(jiān)管立法指導(dǎo)來進(jìn)行聚變，”她說，監(jiān)管需要適度，并為一種通常危險(xiǎn)性較低但非常創(chuàng)新的技術(shù)提供支持。“很明顯，它從核能中提取了很多組件，但其中很多都是創(chuàng)新的。我們正在研究核能監(jiān)管是否合適。
我相信我們會(huì)從中借鑒很多東西，但許多聚變國家正在考慮這一點(diǎn)，也許決定我們需要一個(gè)具體的聚變監(jiān)管框架。”
例如，她指出，英國政府最近決定，英國的聚變將作為放射性設(shè)施而非核設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管。
“這仍然意味著我們必須向上建立指導(dǎo)，”她補(bǔ)充道，這是INPRO會(huì)議討論的一部分。
“這將納入INPRO的研究——也許著眼于這種相稱性，也許是核框架和輻射框架之間的混合，以調(diào)節(jié)管理聚變發(fā)展。這是關(guān)于“從核能中吸取積極的教訓(xùn)，了解如何在安全保障和環(huán)境保護(hù)方面采取非常結(jié)構(gòu)化的方法，但也要明白，這可能會(huì)導(dǎo)致過度工程或延長(zhǎng)時(shí)間，而這對(duì)聚變的危險(xiǎn)程度來說是不必要的”。
7、聚變-裂變協(xié)作
6月，IAEA主辦了為期一周的范圍廣泛的“核聚變技術(shù)發(fā)展與先進(jìn)核裂變技術(shù)之間的協(xié)同作用技術(shù)會(huì)議”。
此次活動(dòng)的目的是提供一個(gè)交流信息的論壇，并對(duì)國家和國際兩級(jí)核裂變與聚變能源生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展協(xié)同作用方面的活動(dòng)進(jìn)行最新審查。
這些討論將納入IAEA核能系列出版物，該出版物旨在深入了解所涵蓋的領(lǐng)域，提供良好做法和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的例子，并為加速從裂變到聚變的技術(shù)、知識(shí)和專門知識(shí)轉(zhuǎn)讓提供建議。
聚變和核裂變之間被認(rèn)為具有強(qiáng)大協(xié)同作用和共同性的領(lǐng)域包括開發(fā)能夠承受惡劣服務(wù)條件的聚變材料，以及將放射性廢物危害降至合理可實(shí)現(xiàn)的水平。
聚變和裂變之間具有適度協(xié)同作用和共同性的領(lǐng)域包括：
反應(yīng)堆相關(guān)條件下的聚變材料輻照設(shè)施;
開發(fā)高溫能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng);
計(jì)算工具、設(shè)計(jì)和安全分析代碼;
聚變能源設(shè)施許可的監(jiān)管規(guī)模;
可靠可行的燃料循環(huán)增殖材料供應(yīng)(鋰和鉛);
遠(yuǎn)程處理和在役檢查;
遠(yuǎn)程控制、輻射強(qiáng)化電子設(shè)備和CAD支持的操作。
總的來說，會(huì)議得出的結(jié)論是，聚變可以受益于與核裂變經(jīng)驗(yàn)的許多相關(guān)協(xié)同作用，以及材料開發(fā)、活性金屬管理、遠(yuǎn)程處理和液態(tài)金屬方面的共性。
四代先進(jìn)裂變工廠和DEMO等商業(yè)聚變?cè)O(shè)施之間也有發(fā)展上的相似之處。
雖然核電站的許可和退役，以及聚變的放射性廢物管理可能需要稍微不同的監(jiān)管方法——因?yàn)闈撛诘奈ｋU(xiǎn)/風(fēng)險(xiǎn)降低了——但燃料循環(huán)的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和部分以及聚變?cè)O(shè)施的等離子體控制等要素與裂變經(jīng)驗(yàn)有很多協(xié)同作用。
曾在意大利ENEA從事聚變工作的顧問路易吉·迪佩斯表示，他相信聚變和裂變合作有很好的前景。
他指出，聚變界正在從設(shè)計(jì)規(guī)范、安全規(guī)范和材料方面學(xué)習(xí)核能的經(jīng)驗(yàn)。
“我認(rèn)為，未來將出現(xiàn)相反的協(xié)同效應(yīng)。裂變不僅有助于聚變，而且在某些專業(yè)領(lǐng)域，聚變可以改進(jìn)和推進(jìn)裂變技術(shù)，特別是基于先進(jìn)技術(shù)的四代堆。”
他補(bǔ)充道：“我不確定時(shí)間表——誰將首先到達(dá)商業(yè)技術(shù)。可能是裂變，但與此同時(shí)，隨著雙方朝著示范工廠的方向努力，將有一座橋梁。我們確實(shí)不知道將在何時(shí)發(fā)生，但我認(rèn)為大概在本世紀(jì)中葉。”
他認(rèn)為，聚變和裂變之間的大問題和主要共性是材料和廢物管理，以及設(shè)計(jì)規(guī)范、安全分析規(guī)范和在役檢查。
“聚變反應(yīng)堆和先進(jìn)的裂變反應(yīng)堆都需要在高溫下運(yùn)行。這意味著材料和商業(yè)系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成在高溫下工作。”
8、核廢料管理經(jīng)驗(yàn)
至于核廢料管理，隨著核電站運(yùn)行壽命的結(jié)束，裂變反應(yīng)堆很快將不得不處理更多的退役問題。
“真正的問題不在于高水平的廢物或乏燃料，而在于大量輕度活化的金屬，聚變可能會(huì)面臨同樣的問題。除非他們找到其他解決方案，否則由于中子損傷，每五年就必須更換一次托卡馬克的整個(gè)內(nèi)部構(gòu)件，這意味著需要數(shù)千噸的材料。開發(fā)新材料不僅有助于聚變，而且有助于先進(jìn)堆，其中許多反應(yīng)堆也將面臨巨大的中子通量。因此，人們對(duì)開發(fā)耐中子材料有著共同的興趣。”
氚也會(huì)對(duì)材料造成損壞。另一個(gè)點(diǎn)是，產(chǎn)生氚需要裂變。
“例如，要啟動(dòng)DEMO，我們需要幾公斤氚。目前只能由Candu反應(yīng)堆生產(chǎn)。問題是氚會(huì)衰變，所以你不能將其儲(chǔ)存20年——氚每12年衰變一次”。
迪佩斯對(duì)該領(lǐng)域越來越多的私營公司，及其引發(fā)的對(duì)聚變新熱情表示擔(dān)憂。
“他們有很多錢，實(shí)際上他們承諾到2030年發(fā)電，而政府計(jì)劃說我們?cè)?050年之前不會(huì)產(chǎn)生電力。他們正在開發(fā)聚變機(jī)的新概念，主要集中在概念和實(shí)驗(yàn)上。”
與此同時(shí)，政府支持的大型項(xiàng)目正在努力解決與材料、燃料庫存以及法律和監(jiān)管問題有關(guān)的問題。
迪佩斯指出，“當(dāng)有強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力和資金時(shí)，所以說真的，我非常有信心在未來二十年內(nèi)會(huì)實(shí)現(xiàn)一些事情。”
然而，他補(bǔ)充說，ITER實(shí)驗(yàn)應(yīng)該成功是很重要的，“否則我們必須重新考慮一切”。
他補(bǔ)充道：“我希望我們最遲在2070年建成商業(yè)反應(yīng)堆。如果一切順利，DEMO將于2040年開始建設(shè)。我希望JET和ITER的經(jīng)驗(yàn)也能發(fā)揮有所作用。”
他說，他預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末會(huì)取得一些進(jìn)展。“這是我的希望。我職業(yè)生涯的大部分時(shí)間都在做這件事。我很高興我們的年輕同事對(duì)此非常熱情。讓從事核聚變和核裂變工作的新一代參與進(jìn)來也很重要。”
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