30年內,中國點亮第一支使用聚變能的燈,我覺得可以做到_風聞
donjuansz- 2021-01-19 14:14
【本文由“微笑男”推薦,來自《王孟源:中國要崛起,基礎科研需要“講實話”》評論區,標題為小編添加】
1.氚的來源。目前所有的氘氚聚變發電堆的概念設計,都是通過鋰與中子反應生成氚(1kg Li6可以生成0.5kg氚),不存在直接使用“自然界”的氚的問題,當然不能因為自然界氚含量極少就説聚變發電燃料來源稀少。
如果按發電效率40%計算,一個1000MW的聚變電站每小時大約需要消耗15.96g氚(和10.64g氘),按年運行8000小時計算每年消耗127.68kg氚,合255.36kg Li6(或297.92kg Li7),而中國的鋰探明資源量約540萬噸(2014年數據),用來聚變發電用上幾千年沒問題。
2.氚的放射性危害。氚僅產生β衰變,放出的電子能量也較低(平均5.7keV,最高18.6keV),在空氣中的平均射程約0.5cm,在水中僅約5.6um,外照射危險性基本沒有。只有當人大量吸入氚氣,或是攝入氚水、含氚有機物等,才可能產生放射性毒害。
因此,一般認為氚的放射性毒性很低(也有一些不同看法認為現行標準低估了氚的危害,但從沒有專業人士認為氚是高放毒物),而氚的防護對現代核工業來説並不陌生,核電站(特別是重水堆)、核燃料加工等環節都會產生少量氚氣/氚水,比如秦山核電站三期每年估計會產生約200g氚。
實際上,氚是一種戰略資源,氫彈、氚光管、夜視瞄準具等的製造都需要氚(80年代早期美國每年生產的氚都在10000g級別,現在也大約在1000g左右),所以中國工程物理研究院專門設計了從反應堆含氚重水/輕水提氚的裝置。如果聚變堆投入商用,那麼將會是最有效的大批量生產氚的方法。
3.事故導致的氚泄露危險。目前生產氚主要依靠快中子照射LiAl靶,如果出現事故,造成放射性泄露的主要是中子源而不是氚本身(照射一旦停止,氚就無法產生)。同樣,如果聚變堆發生事故,聚變反應將無法自持,自然就無法再產生氚。而正常運行的聚變反應堆中的氚數量非常少(幾克量級),當然不會形成大量的氚泄露。
4.氚的滲透。“氚因為是氫的同位素,而氫原子直徑很小,反應爐的熱機又必定是高温,它很容易就滲透到任何容器跟管道材料的晶格里面,所以很容易泄漏”這個説法不對:高温、低壓(託卡馬克堆的等離子體所在區域被稱為“真空室”)下基本沒有“氫滲”問題(即材料本身存在的一些缺陷如空位、空洞、晶界、位錯等增加氚的擴散)。倒是氚的溶解(就是“氚進入材料的晶格里面”)和中子輻照缺陷會導致氚滯留,但整個第一壁(First
Wall)滯留的氚也就在10mg量級(否則會影響聚變反應自持),更不要説“泄露”出反應堆了。要知道因為氚衰變等消耗,反應堆的氚增殖比需大於1.05,才能形成自持反應,目前的聚變發電堆概念設計方案通常取1.15至1.2,如果出現大量滯留甚至泄露,聚變反應是無法持續的。
5.包層的中子負荷。聚變堆中,包層是實現熱電轉換以及聚變燃料氚增殖的關鍵部件。其主要作用包括:將堆芯反應以及沉積在結構材料中的熱量導出,進行熱電轉換;屏蔽聚變堆堆芯釋放出的中子和伽馬射線;增殖氚,使聚變堆自持燃燒。包層設計是聚變堆的核心技術之一,因此實驗包層模塊也是ITER的最重要的工程實驗目標之一。
歐、日、俄、中、美、韓、印都有自己的TBM模塊設計和實驗計劃,而相關設計當然要考慮中子負荷問題。比如中國就計劃實驗“氦冷陶瓷氚增殖劑鐵素體鋼/馬氏體鋼”和“氦冷液態鋰鉛鐵素體鋼/馬氏體鋼”兩類包層模塊,而作為包層模塊結構材料的低活化馬氏體鋼,在2015年中國就實現了6.4噸規模的量產,作為第一壁面向等離子體的壁面材料(熱負荷和中子負荷最高的部分),中國也實現了鈹瓦、熱沉積鎢等不同方案的生產能力。
綜上,中國的聚變發電技術研究正在紮實推進,既不“大”,更不“假”。目前ITER計劃推遲了5年,但中國聚變工程實驗堆(CFETR),按原先的計劃今年要開始立項建造。50年之內,聚變發電成本能否低於現有的發電技術我不敢説,但30年內,中國點亮第一支使用聚變能的燈,我覺得可以做到。