如何評價中物院完成Z箍縮聚變—裂變混合反應堆概念設計？

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如題，其與EAST、ITER等托卡馬克裝置相比有何區別與優勢？
鏈接：中國混合反應堆技術獲突破核燃料可用上千年

謝謝邀請，開始填坑。

2014年4月，我去聽了彭先覺院士和李茂生研究員在中科院理論物理所作的關於中Z箍縮聚變—裂變混合反應堆的報告。因為這個報告是公開性質的，我在這個回答中引用的也是來自於CNKI上公開發表的文獻，所有這些都不是涉密的內容。反應堆設計在本科的時候學過一點但並不是我的研究方向，本回答以科普為主。

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混合堆的概念其實很早就有人提出。

我能查到最早是上世紀50年代，美國美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室提出了聚變－裂變混合堆的想法。但當時的這個方案與快堆相比毫無優勢。再說當時對於可控聚變的研究也才剛起步，問題一大堆，所有沒多久就停掉了。

到了2000年左右，喬治亞理工又重新開始了混合堆的研究。日本、中國等也開始了嘗試。

背景介紹完畢。

那麼到底什麼是聚變—裂變混合反應堆呢？

彭先覺院士說：

「是聚變中子源和次臨界能源堆相結合的新型混合堆。次臨界能源堆以天然鈾、反應堆乏燃料為核燃料，以輕水作冷卻傳熱介質，可以在聚變中子源的驅動下獲得10倍以上的能量增益，並可保證氚的有效循環，且能夠在核燃料循環中不斷添加貧化鈾及釷，達到不斷燒鈾-238和釷的目的。」

我個人的理解是，混合堆通過裂變產生大量能量並生產易裂變的燃料（核廢料），為聚變創造條件（等離子體在這一階段產生？不確定。）；同時通過氚增殖來為的聚變提供所需要的氚，聚變又反過來為裂變提供穩定的中子源。

總之，毅種循環。

根據講座的PPT，總結採用的主要技術措施：

「局部整體點火」
多殼層結構
固態氘氚
燒蝕壓縮機制

都要解釋夠寫一篇論文了。這兒貼一張多殼層結構的示意圖：

這個是負載靶：

這個可以看做是Z-Pinch的應用。據說這種靶可以較大幅度降低對驅動加速器電流的要求。

另外，特彆強調了這個靶是可應用於激光碟機動ICF的。

@hero xin給出的照片是實物模型，我貼一個內部結構示意圖，也就是Z-Pinch驅動慣性約束聚變中子源的次臨界能源堆物理方案：

從等離子體區向外看，整個包層可分為第一壁、裂變區、產氚區、屏蔽層。

第一壁材料說的是用的鋼，但沒說是哪種，也沒有說塗層的事。次臨界能源堆特點總結：

次臨界能源堆 Keff&<1，無臨界安全事故，且容易實現非能動餘熱安全，不會出現放射性泄露事故具有很好的固有安全本質，不需要場外應急系統。

能夠實現燒U-238和Th-232，並可從天然鈾開始，因而可以成為千年能源，且少受資源約束。只要聚變中子源技術過關，就可大規模使用。

能量放大倍數M&>10，甚至可達,20或更高，因而可大大降低對聚變技術的要求，可促進聚變能技術的儘早應用。

核燃料製造和循環簡單，換料周期長，核廢料少，易處理，多數裂變產物半衰期較短，具有很好的經濟性。

不需要進行鈾-鈈循環，也不依賴鈾同位素分離技術，具有獨到的防擴散功能。

次臨界堆同時具有較好的嬗變功能，且在核燃料循環過程中基本不向外界排放放射性物質；所產生的次錒系元素基本都被嬗變掉，是非常清潔環保的能源系統。

總的來說，次臨界能源系統把裂變堆的可應用性提高到了一個新的水平，為聚變技術的應用創造了很好的條件。

參考文獻：

李茂生, 師學明, 劉榮, 等. 次臨界能源堆物理設計進展[J]. 強激光與粒子束, 2014, 26(10): 21-31.
彭先覺, 師學明. 核能與聚變裂變混合能源堆[J]. 物理, 2010, 39(06): 0-0.

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那天去聽報告的，還有何祚庥院士。

由於某個大家都知道的原因，我之前對何祚庥院士並沒有好感，而且也不知道他為什麼會來參加反應堆設計的報告。

結果在討論環節他是最積極且最專業的提問者。

不僅非常熟悉反應堆設計那一套，甚至連一些參數都能直接說出來。他和彭先覺院士針對某個具體問題爭論了大概有十分鐘，從原理說到了參數範圍。要知道他的研究方向是理論物理的，居然對一些工程上的問題都了如指掌，實在讓我汗顏，真是比在網上噴他的鍵盤俠不知道高到哪裡去了。

Z箍縮的原理很簡單，向柱形導體提供一個軸向的極大電流（電流非常大，即使是固體導體在大電流加熱加速下也會變成等離子體），電流會產生一個角向的磁場，載流子在該磁場洛倫茲力作用下向心約束。Z箍縮主要用於研究等離子體，也作為X射線源來使用，Z箍縮約束氘氚等離子就可以作為一個受控核聚變裝置。聚龍一號就是國內最大的Z箍縮裝置。

Z箍縮是最近十年才高速發展，被認為可以作為實現受控核聚變的一個選項的。目前最大的Z箍縮實現了26MA（美國），離實現受控核聚變的理論值50MA不遠，正在設計的裝置已經可以達到。

聚變最容易實現的是氘氚聚變，其約束條件相對而言是最容易達到的，但是氚很貴，必須靠人工核反應生產，需要提供中子對鋰輻照來產生，還好氘氚聚變反應有中子產生，可以用這個中子來生產氚，麻煩就是這個中子的能量很高，達到14MeV，給聚變堆設計帶來很大麻煩。

但是，還有這樣一個問題：用中子生產一個氚核，這個氚核和氘核聚變釋放的能量只有17.6MeV，而用這個中子去轟擊一個可裂變的重核（不光是鈾235這樣的易裂變核素，在一般反應堆中難以利用鈾238在這麼高能量的中子面前也是可以被打裂變的），可以釋放出200MeV左右的能量，並且有3~4個中子產生。如果把增殖氚的包層，做成一個次臨界反應堆，這樣一個聚變-裂變混合反應堆可以產生比聚變功率大11倍左右的總功率。聚變部分是需要消耗能量約束的，即使聚變產生能量和約束能量的比值較小，通過裂變包層也可以實現很高的能量放大，經濟性更好。並且這樣一個聚變-裂變混合反應堆可以利用一般聚變堆難以利用的可裂變核素比如鈾238、釷232，而且氚的增殖效率也高得多。高能中子還可以用來嬗變銷毀裂變核電廠的核廢料，使其變成半衰期短得多的新核素，從而免去地質處置，

當然聚變-裂變堆的缺點也在裂變部分，儘管聚變-裂變堆的裂變部分是次臨界的，不存在反應堆功率失控的問題，安全性好於常規的裂變堆；但是仍然含有比單純的聚變堆-氚生產設計有大得多的放射性——當然純聚變堆也有相當數量的放射性需要管理，但放射性的半衰期要短，總量也要小一些。

為了實現冷卻和氚增殖，必須用鋰或者鋰合金作為冷卻劑，反應堆的溫度高於現有的裂變反應堆，加上高能中子的存在，結構上材料上的困難很大，當然純聚變堆也面臨類似的問題。

所以說，如果Z箍縮驅動聚變裂變混合堆有優勢的話，應該體現在Z箍縮聚變本身。

Z箍縮聚變的優勢可能體現在省錢、簡單、粗暴、高效。

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概念設計和工程演示還有較大的距離，Z箍縮驅動聚變裂變混合堆的提出，有利於早日實現聚變能的可控利用。

混合堆不是Z箍縮獨有的概念，磁約束驅動的混合堆概念甚至提出的更早。比如國內原子能科學研究院很早就有過磁約束驅動的混合堆項目。從原理上講，只要能夠提供中子源的，都可以和裂變包層組合，形成聚變裂變混合堆，如加速器中子源驅動的裂變反應堆。裂變包層的通用性正好給混合堆項目帶來了便利，因為這意味著研究成果可以互相借用，不需要區分是磁約束的，激光碟機動的，還是Z箍縮驅動的。不需要考慮門戶之見。

所以說，Z箍縮驅動聚變裂變混合堆如果有優勢的話，應該體現在Z箍縮聚變本身。

Z箍縮聚變的優勢可能在於省錢、簡單、粗暴、高效。

省錢是說建造Z箍縮脈衝功率裝置比較便宜。Z箍縮裝置主要是電器元件，沒有激光聚變的光學元件，或者磁約束裝置的超導磁鐵那麼精貴。省錢這點非常的好，她可以促使省一級的地方政府有能力對她投資，興建出既可以推動當今世界物理學發展，又可以給當地政府帶來榮耀的世界級裝置。

簡單是說Z箍縮聚變科學原理簡單，實驗裝置沒有磁約束聚變那麼大型複雜，環境要求也沒有激光聚變那麼乾淨。

粗暴是說Z箍縮能夠提供的驅動能量比較大，使用起來比較土豪。比如說聚變燃料靶丸的壓縮，為了用最少的能量把靶丸壓縮到最高的密度，最好採用等熵或者准等熵壓縮，這是目前激光聚變追求的一種壓縮方式。這種壓縮方式帶來的要求是需要對驅動輻射進行波形調製。但Z箍縮可能會說，不用那麼麻煩，我有錢，我任性。不就是點火嘛，提供的能量夠了，火自然就點起來了。當然，波形調節是激光聚變的優勢，但如果真的需要，Z箍縮也是可以，而且有辦法進行輻射波形調節的。

高效說的是能量轉化效率。熱核聚變的過程，說到底就是一個把普通的電能轉化成聚變燃料平均動能的過程。不同的聚變方式有不同的中間能量轉換環節。其中每一個環節的能量轉換效率理論上都追求儘可能的高，但現實中都沒有想像的高，甚至根本就轉換不過去。比如磁約束聚變，一開始時靠電流的歐姆加熱是可以的，但是溫度上去以後，等離子體的電阻就變小了，歐姆加熱就慢慢失效了。這時就需要輔助的加熱手段，繼續把電能轉化進去，比如說雜化波加熱，中性束加熱。激光聚變也有同樣的問題。比如美國國家點火裝置在2009-2012年沒能成功點火，一個原因就是激光能量沒能很好的轉化成黑腔內的輻射場能量。另外，激光器把電能轉化為激光能的效率也是比較低的，一般不超過10%。Z箍縮目前的能量轉化效率看起來是比較好的，美國的Z裝置把電能轉化為X射線能的效率曾經高達15%以上。另外，Z箍縮黑腔的輻射能來自於黑腔壁的動能，不存在激光聚變中激光能量無法輸入到黑腔裡面的情況。

總之，和上世紀六七十年代就已經開始大規模深度研究的磁約束或者激光碟機動聚變相比，Z箍縮驅動純聚變，或者聚變裂變混合堆，興起的比較晚，是一個比較新的研究熱點。在經濟，科學和工程方面都有一定的優勢。是一個值得花大力氣研究的課題。

其他兩種聚變方式，也有很高的研究價值。不管誰先實現，都很棒！實現以後，地球上的戰爭和霧霾可能會少一點，人類去外太空找土著人嗨的可能性會大一點。

謝邀。

Z箍縮如果真的實現聚變點火的話可以直接當核動力火箭發動機用，即《三體》裡面的「無工質」核聚變飛船（用聚變產物做工質）。托卡馬克或者激光核聚變的封閉結構都不好引出產物做發動機。

做發電或者做裂變聚變混合堆，性能不一定有托卡馬克好。

其實就是借用氫彈的原理，通過裂變的能量實現聚變的條件，傳統的方法則是通過磁約束或者光子碰撞來促使輕原子聚變的。

對這個有所了解。

目前該項目還處於可行性論證階段，計劃在2020前後建成實驗研究平台，2030年前後建成實驗反應堆。與題主所提到的磁約束（MCF）ITER項目不同，這裡的聚變採用的是超強電流提供動力，屬於慣性約束聚變(ICF)的一種。它的思路和原理是通過聚變產生高速中子加快裂變過程，從而大大減小外部能量輸入，提高核燃料的燃燒率，減小放射性廢料。它的一個優點是對於聚變反應而言，並不需要像ITER或NIF那樣實現自持燃燒，因此僅就聚變而言難度大大降低了。

下面是裝置示意圖，中央容器下半部分即是聚變結構，通過Z箍縮驅動氘氚微球發生聚變反應，由於採用脈衝式運行，需要不斷更換靶球，產生的中子加快周圍的包殼材料發生裂變，能量收集後驅動蒸汽輪機發電，左側是燃料循環系統，右側是發電系統

但是客觀的說，該項目目前來看是太超前了，建設可行的聚變的反應堆還是一件遙遙無期的事情，更不要說混合反應堆了，個人認為在可控核聚變沒有取得很大突破之前，沒法建成混合堆。物理原理上也許說的通，但是工程上的困難太多了，因此不是很樂觀。

Z箍縮-裂變混合堆的主要問題就是核廢料較多，而且模擬下來是聚多，還不如快堆！

能源常常以電能的方式出於社會的方方面面，與其注重能源這個巨大的體量，還不如把讓用電智能化：

喬布斯的最大貢獻除了帶來智能機，還有——用電智能化；

至從智能機推出以來，尤其是近一兩年USB介面創意設備層出不窮，一個顯明的例子：

如果是冬天，你的視線內某人可能就在用usb介面的供暖設備；

如果是夏天，你的視線內某人可能就在用usb介面的風扇等。

所以人工智慧將

以大數據分析用戶使用最多的電壓是什麼？

如：

220v

110v

110v以下

12v

包括未來可能以

毫伏(millivolt)為單位

微伏（μV）

為單位的各種各樣的設備。

最終人工智慧根據用戶

使用電壓各數值的份額、

經濟情況、

所處的環境、

…

等一系列因素；

為用戶提供符合其條件的、安全可靠的發電設備來適配用戶的實際用電需求；

或者指導具備相應技能、知識點的用戶自行組裝符合其條件的、安全可靠的發電設備來適配用戶的實際用電需求

關係到你開支的設想：用電智能化