《核能未來(lái)與Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆》

能源是國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展的基本保障。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和人口的大幅增加，能源危機(jī)近在咫尺，傳統(tǒng)化石能源將在百年左右消耗殆盡。同時(shí)，化石能源的大量開(kāi)采、利用，使人類受到環(huán)境、氣候惡化的嚴(yán)重威脅。因此，尋找安全、清潔、持久、經(jīng)濟(jì)的新能源是人類當(dāng)前面臨的重要任務(wù)。

核能是核反應(yīng)前后原子核結(jié)合能發(fā)生變化而釋放出的巨大能量，是一種安全、清潔、低碳、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的高能量密度戰(zhàn)略能源。從發(fā)展?jié)摿?lái)看，核能足夠支持人類千年以上的能源需求，是解決能源危機(jī)、應(yīng)對(duì)氣候變化的現(xiàn)實(shí)和理性選擇。未來(lái)，核能在發(fā)電、供熱、核動(dòng)力等領(lǐng)域?qū)?huì)有很大的發(fā)展空間。

而Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變-裂變混合能源堆（Z-FFR）在核安全、經(jīng)濟(jì)、持久和環(huán)境友好等方面具有優(yōu)良的品質(zhì)，有望成為有效應(yīng)對(duì)未來(lái)能源危機(jī)和環(huán)境、氣候問(wèn)題的新能源。

成書(shū)背景

所謂Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變，就是利用數(shù)十毫安大電流（Z方向流動(dòng)）通過(guò)金屬柱形薄套筒產(chǎn)生的巨大洛倫茲力（磁壓強(qiáng)度達(dá)百萬(wàn)大氣壓以上）推動(dòng)套筒等離子體高速?gòu)较騼?nèi)爆（箍縮），并以每秒數(shù)百公里的速度撞擊聚變靶丸，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為實(shí)現(xiàn)聚變所需的輻射能（X射線）和物質(zhì)內(nèi)能。1997年，美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在Z箍縮實(shí)驗(yàn)上獲重要進(jìn)展，他們用20MA電流獲得了近2MJ的X射線能輸出。這一里程碑成果使研究慣性約束聚變的物理學(xué)家大受鼓舞。

中國(guó)工程物理研究院從2000年開(kāi)始就注意到Z箍縮能夠?yàn)閼T性約束聚變提供足夠的驅(qū)動(dòng)能量，并組織相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了對(duì)核聚變能源的探索；2008年，研究團(tuán)隊(duì)提出了Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆（Z-FFR）的基本概念；2016年年底，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)Z-FFR涉及的各個(gè)方面都進(jìn)行了非常深入的理論研究和設(shè)計(jì)研究，并與當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)所有核能概念進(jìn)行了比較，形成了如下認(rèn)識(shí)：

（1）核能應(yīng)成為未來(lái)規(guī)模能源的主力；

（2）Z箍縮技術(shù)能夠最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)便地創(chuàng)造大規(guī)模聚變的條件，特別是LTD技術(shù)路線提出來(lái)以后，可以解決能源應(yīng)用的重復(fù)頻率運(yùn)行問(wèn)題；

（3）研究團(tuán)隊(duì)提出的“局部整體點(diǎn)火”聚變靶概念及與之配套的負(fù)載、靶設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)想方案完全有可能適用于未來(lái)能源的需求；

（4）研究團(tuán)隊(duì)提出的“次臨界能源堆”概念及一系列創(chuàng)新、有效的技術(shù)措施，使Z-FFR具有簡(jiǎn)便、安全、經(jīng)濟(jì)、持久、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，能夠成為未來(lái)最具競(jìng)爭(zhēng)力的千年能源；

（5）研究團(tuán)隊(duì)提出的三回路水準(zhǔn)閉式循環(huán)方案，為堆建造場(chǎng)址的選擇提供了極大的方便。

由于安全性的圓滿解決，Z-FFR可以靠近城市建造，因而可以方便地實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，這將大大提高能源的利用率。上述這些關(guān)鍵技術(shù)解決方案的提出，使我們看到了一種能有效應(yīng)對(duì)未來(lái)能源危機(jī)和環(huán)境、氣候問(wèn)題的新能源曙光。

《核能未來(lái)與Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆》正是在這些關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)而成。

內(nèi)容介紹

書(shū)籍第1章評(píng)價(jià)了化石能源、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能和核能的基本特點(diǎn)和重點(diǎn)發(fā)展方向。第2章分析了第四代核能系統(tǒng)及長(zhǎng)壽命核能系統(tǒng)的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)。第3章介紹了當(dāng)前聚變能研究的現(xiàn)狀以及作者獨(dú)創(chuàng)提出的慣性約束聚變靶模型。第4章介紹了傳統(tǒng)混合堆面臨的挑戰(zhàn)，提出了次臨界能源包層的創(chuàng)新概念，論述了包層中子學(xué)程序及主要物理規(guī)律。第5章結(jié)合托卡馬克裝置，全面介紹了我國(guó)在次臨界能源堆包層中子學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱工水力、安全分析等方面的數(shù)值模擬工作。第6章給出了“局部整體點(diǎn)火靶”的定性和定量分析結(jié)果，指出LTD可重頻驅(qū)動(dòng)器的能源前景。第7、8章分別簡(jiǎn)要介紹了LIFE和ADS系統(tǒng)及其應(yīng)用于能源的局限性。第9章介紹了作者在20世紀(jì)末提出的核爆氘聚變電站概念。第10章是對(duì)釷鈾循環(huán)的分析。

全書(shū)是中國(guó)工程物理研究院研究團(tuán)隊(duì)多年在Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆研究方面的總結(jié)，也是對(duì)這條能源技術(shù)路線的論證。在論證過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)獲得了如下具有科學(xué)意義的重要認(rèn)識(shí)：①純聚變能源經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，也不可能取之不盡、用之不竭；②對(duì)慣性約束聚變能源而言，驅(qū)動(dòng)器必須在10ns時(shí)間之內(nèi)向聚變靶丸輸送約10MJ量級(jí)的能量；③聚變的加入，可以大大改善甚至去除裂變堆應(yīng)用中的多個(gè)關(guān)鍵性缺點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)包括深度次臨界運(yùn)行、提高鈾釷資源利用率、經(jīng)濟(jì)且少害的核燃料循環(huán)等。

推薦理由

《核能未來(lái)與Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆》為《中國(guó)工程物理研究院科技叢書(shū)》之一，獲得國(guó)防科技圖書(shū)出版基金和國(guó)家磁約束聚變能研究專項(xiàng)資助。全書(shū)圍繞Z-FFR這條主線展開(kāi)，從核能規(guī)模化利用的角度認(rèn)真考慮了傳統(tǒng)混合堆面臨的困難，提出了新的解決方案并加以綜合分析，系統(tǒng)論述了Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆技術(shù)路線的科學(xué)可行性和初步工程可行性。

彭先覺(jué)院士在清潔能源創(chuàng)新研討會(huì)上作報(bào)告

作為首部系統(tǒng)論述我國(guó)近年來(lái)在Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆領(lǐng)域相關(guān)研究工作和創(chuàng)新成果的專著，《核能未來(lái)與Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆》有助于讀者從整體上把握核能的最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，詳細(xì)了解與Z-FFR相關(guān)的物理問(wèn)題，促進(jìn)我國(guó)Z箍縮慣性約束聚變裂變混合能源的開(kāi)發(fā)。