国家重点基础发展规划项目建议书我国大规模发展核裂变能的

聚变中子源驱动的次临界核能系统---聚变能的早期应用途径吴宜灿什么是次临界系统？---功能及特点为什么研究它？ ---核能发展的现状与能源需求现有基础如何？---国际国内现状ASIPP研究进展？建议的研发日程？内容聚变中子源驱动的次临界核能系统（FDS）

多功能的混合堆两种核反应的基本特点：聚变反应是富中子、贫能量：14MeV/次D＋T==>He+n裂变反应恰好是贫中子、富能量:200MeV/次n+AC(重核)==>FP(裂变产物)+xnx=2∼4FDS=FusionCore+FissionBlanket26EPS,Mastrich,Netherlan,14-18June,1999ASIPPFeaturesofFDSFDSFusionCoreFissionBlanketBlanketfunctions:fuelbreedingwastetransmutationenergyproductionotherapplications

利用聚变中子轰击有中子倍增材料如钚的次临界包层，经中子倍增、能谱优化,包层中长寿命放射性废料核发生不同类型反应生成新的低毒或无毒核素，而天然铀吸收中子生成可裂变核燃料并且产生大量的能量,以“变废为宝”。聚变中子源

接近现有托卡马克实验参数水平优化的次临界包层系统处理核废料生产核燃料产氚/材料实验等裂变核电站14MeV中子核燃料氚核废料国际权威聚变学术刊物NuclearFusion审稿人认为：对“等离子体的应用作出了巨大贡献”，“创新思想值得高度赞赏”。科技部863课题验收专家组认为“研究成果具有重要创新性,为聚变中子源的早期应用开辟了新途径”。首次在国内开展核废料中子嬗变处理研究，否定了国际上早期得出的相反结论,发表论文30余篇,被IAEA聚变能大会选为口头报告中科院等离子体物理研究所利用聚变中子嬗变处理长寿命放射性核废料聚变技术早期应用研究本研究工作得到了国家基金委、国家863计划和中国科学院的支持

这种系统对等离子体驱动器的参数要求远比纯聚变电站对其等离子体堆芯要求低，接近现在托卡马克聚变实验装置己达到的参数水平。聚变中子源驱动的次临界核能系统次临界核能系统功能(I)生产核燃料和产能：

中子＋U238或TH232==>能量＋PU239或U233PU239或U233可供给裂变核电站使用次临界核能系统功能(II)处理核废料和产能：

中子＋废物核==>能量＋短寿命或稳定核

长寿命核废物:裂变产物（如99Tc、129I、137Cs等），几百年以上锕系元素(如Pu、Np、Am、Cm等)，几百万年以上

毒性大、寿命长，非常难于处理。深埋？海洋？太空？利用!次临界核能系统功能(III)生产氚：

中子＋Li6==>氚＋He4中子＋Li7==>氚＋He3+中子

氚可补充聚变堆芯消耗的氚，并可有氚剩余

剩余==>国防次临界核能系统功能(IV)产能（处理核废料和生产核燃料)：

什么是是次临临界系系统？？---功能能及特特点为什么么研究究它？？---核能能发展展的现现状与与能源源需求求现有基基础如如何？？---国际际国内内现状状ASIPP研究进进展？？建议的的研发发日程程？内容核能发发展现现状与与国家家能源源需求求核能是是公认认的现现实的的可大大规模模替代代常规规能源源的既既干净净又经经济的的现代代能源源2050年年能源需求求:∽40亿吨吨标煤规模极大,结构应合合理一座百千瓦瓦核裂变电电站300万吨吨原煤/年年无二氧化碳碳造成温室室效应,无无二氧化化硫和氮化化物对大气气的污染世界核电状状况:根据IAEA截止到到1994年的统计计，装机容容量为3.6亿千瓦瓦，核电约约占总发电电量的23.2%,而中国大陆仅仅1%左右核电可大有有作为!我国21世世纪中对核核能发展规规模要求是是十分巨大大:到2050年:从相对数量量看:即使达到高高目标，其其在一次能能源中的比比例也只有有18％左右，仅能能起到重要要补充的作作用。从绝对数量量看:规模将是空空前巨大的的，其高目标将将超过目前前全世界核核电总和裂变电站可可以成为一一代大规模模商用能源源，但必须须解决四个个重要问题题:.提高安全性性:临界安全等等.增殖核燃料料:铀钍资源有有限.处理核废料料:危害长大数数百万年以以上.防止核扩散散:高浓钚和铀铀核能发展现现状与国家家能源需求求受控热核聚聚变取得了突破破性进展,将为人类类提供最理理想的清洁洁能源,但但经济性好好的纯聚变变能的商业业应用还需需艰苦努力力一升海水中中的氘300多升升汽油反应产物几几乎是无放放射性的核能发展现现状与国家家能源需求求有没有可能能早期应用用？在聚变能商商用化以前前：解决大规模模发展核裂裂变能重要要问题固有安全、、深燃耗和和高效率，，可以成为为大规模、、可持续发发展核能重重要方式推动永久清清洁能源——聚变能发发展的重要要台阶次临界核能能系统优势(I)在聚变能商商用化以后后：继续为处理理裂变电站站积累的高高放核废料料及军用钚钚作贡献,可保持持技术发展展的连续性性次临界核能能系统优势(II)什么是次临临界系统？？---功能及特特点为什么研究究它？---核能能发展的现现状与能源源需求现有基础如如何？---国际际国内现状状ASIPP研究进展？？建议的研发发日程？内容聚变驱动器器研究进展(1)开发聚变能能的科学可可行性经过过近60年年的艰难历历科学可行行性己得到到证实，并并取得了突突破性进展展聚变驱动器器研究进展(2)表征聚变反反应率的最最重要参数数“聚变变三重积””:(温度××密度×能能量约束时时间)在日本最大大的托卡马马克JT-60U上上已达1.5×1021KeV·m-3·S。这一重要参参数在过去去20年内内已提高了了10000倍，目前离纯聚聚变堆的要要求仅仅还还差约20倍。峰值聚变输输出功率:在美国最大大的托卡马马克TFTR达到10.7兆兆瓦,在欧洲的JET上达达到16.1兆兆瓦,已可有一定定实用价值值。在此中子产产生率下，，如能连续续运行，则则可支持30万千瓦瓦热功率核核电站的核核燃料供应应！。聚变驱动器器研究进展(3)输出功率(获得)和和输入功率率(消耗)之比的Q值:在TFTR和JET上已接近近1。JT-60U上等效Q值已超1，达到1.25。聚变驱动器器研究进展(4)聚变驱动器器研究进展(5)现有TOKAMAK研究进展展已证明了了聚变中子子源应用(生产核燃燃料、处理理废料、产产能等)的的可行性(i.e.H=1,BetaN=2~3,Pfusion=10-100MW,Q=2~5)，如果稳态态运行或或长脉冲冲运行取取得进展展，这种应用用将很有有吸引力力。混合堆研究进展展---国国际(1)50年代代：混合堆，，早在50年代代初提出出过。70年代代：各自在美美、苏进进行，当当时这种种研究的的主要目目的之一一就是生产高纯纯度钚。80年代代初：美国研究究过利用用混合堆堆生产现现存大量量核武器器所需补补充的氚。混合堆堆的应用用在初期期是与军军备相联联系(生生产原子子弹和氢氢弹燃料料:钚和和氚)，，80年代代后期：美苏出自自核不扩扩散的考考虑，提提出仃止止研究聚聚变-裂裂变混合合堆,要要求只只研究纯纯聚变堆堆,如ITER(国国际际热热核核聚聚变变堆堆)。。90年年代代：美、、日日、、欧欧、、俄俄四四方方合合作作进进行行了了近近十十年年的的ITER概概念念设设计计和和工工程程设设计计以以及及其其他他堆堆设设计计研研究究之之后后，，一一方方面面大大家家认认识识到到聚聚变变能能的的现现实实性性,另另一一方方面面也也认认识识到到纯纯聚聚变变堆堆商商用用化化（（经经济济实实用用的的聚聚变变能能源源)还还需需努努力力。。美国国著著名名的的聚聚变变堆堆研研究究组组ARIESTeam及及波波音音公公司司1997年年发发表表的的关关于于聚聚变变潜潜在在应应用用的的综综合合评评价价研研究究报报告告认认为为聚聚变变最最有有吸吸引引力力的的早早期期应应用用是是处处理理高高放放核核废废料料。。美国在1998年又又重新宣布布重视混合合堆研究，，把聚变中中子源作为为聚变能的的近期利用用(燃烧核核废料、生生产核燃料料、产氚及及材料辐照照研究)，，是美国发展展聚变能战战略的一个个组成部分分。混合堆研究进展---国国际(2)美国著名的的聚变堆研研究组ARIESTeam及波波音公司司1997年年发表的关关于聚变潜潜在应用的的综合评价价研究报告告认为聚变最最有吸引力力的早期应应用是处理理高放核废废料。前苏联一直直重视发展展混合堆，，在很长一一段时间内内ITER计划与与OTR计计划并行研研究。日本、印度度一直注视视着中国发发展混合堆堆的进展,实际上一直直在从事相相关的工作作。混合堆研究进展---国国际(3)IAEA重重视混合合堆研究工工作,IAEA顾顾问会议，，MOSCOW，July6-7,2000：(1)评评估以前的的工作(2)与与加速器混混合堆系统统比较(3)建建议下一步步的工作应邀参加IAEA混混合堆顾问问会议，并并应邀为IAEA撰撰写2000年混合合堆现状与与发展评估估报告。混合堆研究进展---国国际(4)中国的聚变变-裂变混混合堆研究究始于1980年，，大体可分分以下三个个阶段：1980－－1985年，初始始物理概念念研究阶段段:ASIPP+SWIP1886－－1990年，实施施“863”计计划第一一阶段：(1)确定定混合堆在在我国能源源发展中的的战略地位位(2)进进行概念设设计(3)开展了了下列R&D工作作：堆芯等等离子体实实验；积分分中子学实实验；氚工工艺；混合合堆材料研研究1991－－2000年，实施施“863”计计划第二二、三阶段段：在借鉴ITEREDA经验验的同时，，ASIPP与SWIP进行行联合设计计，完成了了实验混合合堆的详细细概念设计计和关键技技术工程概概要设计。。开展了多多功能混合合堆的研究究。混合堆研究进展---国国内中核总及国国防科工委委已将混合合堆纳入其其核聚变发发展规划纲纲要。中科院和所所各界领导导给于很大大重视。(如一期创创新工程支支持）混合堆研究进展－－－国国内混合堆研究进展－－－国国内重要结论：：聚变裂变混混合堆是聚聚变到裂变变发展过程程中的一个个重要过渡渡，聚变和和裂变不是是竞争对手手,而是互互相促进的的。“聚聚变”到““聚变能经经济”跨度度太大，需需中间应用用。聚变裂变混混合堆的发发展不仅有有利于裂变变核工业解解除目前的的困境（解解决燃料与与废料问题题)，也有有利于推动动聚变的发发展(定位位于一个短短期目标)。混合堆研究进展－－－国国际＋国内内什么是次临临界系统？？---功能及特特点为什么研究究它？---核能能发展的现现状与能源源需求现有基础如如何？---国际际国内现状状ASIPP研究进展？？建议的研发发日程？内容物理方案+大型型数值模拟拟程序及数数据库研究方法：==》》可行性性研究实验设施中科院等离离子体物理理所(ASIPP)是国家“863”计计划三个五五年计划中中聚变裂变变混合堆课课题的主要要承担单位位之一：实验/设计计1990年年我所在国国内率先开开展了长寿寿命放射性性废物嬗变变(转化)的研究,1994年正式得得到了国家家自然科学学基金的资资助，九五五期间列入入“863”计划混混合堆课题题大框架中中；取得了重要要成果,在在国际国内内均产生了了重要影响响,在国际际上已有重重要的一席席之地。研究进展---ASIPP1.利用Pu作为中中子倍增剂剂的创新包包层概念:ASIPP自1990年以来来的研究表表明，如果果在混合堆堆包层里利利用Pu作作为中子倍倍增剂，就就有可能把把有效嬗变变裂变产物物所要求的的中子壁负负荷从10MW/m2下降到1MW/m2，这是近期期实验水平平可以达到到的，这也也为处理军军用过剩钚钚(Pu)开辟了一一条新道路路。这些结结果受到国国际聚变界界的极大关关注1992年年，德国，，第14次IAEA大大会研究进展---ASIPP(1)2.裂变产产物与锕系系元素的有有效嬗变:研究进而推推广到用14MeV的中子子来嬗变各各种裂变产产物与锕系系元素，还还研究了在在这种次临临界装置里里如何控制制系统次临临界度及功功率密度的的变化。1994年年，，西西班班牙牙，，第15次次IAEA大会研究进展---ASIPP(2)3.基于目前前现实的驱动动器条件进行行嬗变研究:近期ASIPP的研究已已证实了基于于已有实验装置置JET(欧欧州)和TFTR(美国国)已达到的的中子流强水水平(如中子壁负负荷为0.2－0.5MW/m2)在长脉冲或或连续运行情情况下有可能能处理10个同等热功率率的压水堆裂裂变电站所产产生的长寿命命锕系元素。。1996年,加拿大,第16次IAEA大大会研究进展---ASIPP(3)4.多多功能包包层概念念与放射射性洁净净的核能能系研究究:在1997年我我们进.行了多功能包包层的设计研研究，即即在同一一包层里里可以生生产核燃燃料、处处理核废废料、生生产氚及及发电，，并且可可以做到到把这些些核废物物基本““烧光””，使之之成为放放射性洁洁净的核核能系统统1998年,日本，，第17次次IAEA大大会研究进展展---ASIPP(4)研究进展展---ASIPP(5)5.国国际影响响:重大国际际会议或或学术刊刊物发表表了大量量研究论论文包括四次次IAEA聚变变能大会会口头报报告“九五””期间共共60余余篇国际权威威学术刊刊物评价价NuclearFusion审审稿人在在给编辑辑部的审审稿意见见评价道道：“这这篇论文文对球环环等离子子体的利利用作出出了巨大大的贡献献。………而且且，有两两个创新新思想是是值得高高度赞赏赏的，其其一是钚钚利用包包层的设设计，另另一个是是液态金金属冷却却球环中中心柱。”设计实例例(1)1.基于JET中子流强强水平，，考虑运运行时间间占空比比50％％，则这这种系统统可处理理11个同同等功率率压水堆堆电站所所产生的的长寿命命锕系废废料和部部分长寿寿命裂变变产物废废料，并并可保持持氚自持持。2.基于中子流强强水平和和尺寸在在JET和ITER之之间，考考虑运行行时间占占空比50%，，则这种种系统可可年生产产100公斤级级PU239，并输输出400MW热热功率和和可保持持氚自持持。设计实例例(2)设计实例例(3)大体说来来，1GW的的混合次次临界堆堆，可同同时解决决10GW的PWR（（压水堆堆）的核核燃料供供应和核核废料嬗嬗变处理理。混合堆如如果和各各种热中中子堆及及快中子子堆组成成共生体体系,就就有可能能在2050年年使中国国核电规规模达到到400-700GW（约约占总发电电量30％)。。进展是是初步步的大量的的物理理和技技术问问题有待进进一步步研究究和发发展什么是是次临临界系系统？？---功能能及特特点为什么研究究它？---核能能发展的现现状与能源源需求现有基础如如何？---国际际国内现状状ASIPP研究进展？？建议的研发发日程？内容2030年年设计建造造商用堆2020年年设计建造造商用示范范堆2010年年开始设计计建造实验验堆2001-2010年建堆准准备阶段可能的发展展日程结论聚变能技术术能获得早早期应用---聚变变中子源驱驱动的次临临界核能系系统（多功功能混合堆堆）；聚变裂变混混合堆是推推动聚变发发展的重要要台阶；聚变裂变混混合堆能解解决目前裂裂变发展所所遇到的困困境；中国核能发发展应走发发展聚变裂裂变混合堆堆之路。9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December22,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:27:5121:27:5121:2712/22/20229:27:51PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2221:27:5121:27Dec-2222-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。21:27:5121:27:5121:27Thursday,December22,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2221:27:5121:27:51December22,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。22十十二月20229:27:51下午午21:27:5112月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。。十二月229:27下午午12月-2221:27December22,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2221:27:5121:27:5122December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。9:27:51下下午9:27下下午午21:27:5112月月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December22,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。21:27:5121:27:5121:2712/22/20229:27:51PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2221:27:5121:27Dec-2222-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。21:27:5121:27:5121:27Thursday,December22,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2221:27:5121:27:51December22,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。22十十二二月20229:27:51下下午21:27:5112月月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月229:27下下午12月-2221:27December22,202216、少年