加核實(shí)驗(yàn)室與兩聚變技術(shù)研發(fā)企業(yè)開(kāi)展研發(fā)合作

【本刊2022 年12 月綜合報(bào)道】2022 年11月，加拿大核實(shí)驗(yàn)室（CNL）分別與英國(guó)第一光聚變公司（First Light Fusion）和加拿大通用聚變公司（General Fusion）簽署合作協(xié)議，將幫助后兩者推進(jìn)聚變技術(shù)研發(fā)。

第一光聚變公司

加核實(shí)驗(yàn)室11月28日宣布與第一光聚變公司簽署合同，將利用加拿大核研究倡議（CNRI）提供的資金共同開(kāi)發(fā)聚變堆提氚系統(tǒng)，并為氚的加工和貯存提供解決方案。

第一光聚變公司一直致力于彈丸聚變技術(shù)研究。彈丸聚變是一種新型慣性聚變技術(shù)。第一光聚變公司認(rèn)為這是一條最快、最簡(jiǎn)便且最廉價(jià)的聚變能商業(yè)化路徑，因?yàn)檫@一技術(shù)使用高速?gòu)椡枳矒羧剂习型瑁拱型鑳?nèi)部的燃料發(fā)生內(nèi)爆，進(jìn)而引發(fā)聚變反應(yīng)，不需要使用復(fù)雜且昂貴的激光器或磁體來(lái)產(chǎn)生或維持聚變條件。第一光聚變公司2022年4月宣布，彈丸聚變研究設(shè)施近期首次實(shí)現(xiàn)了聚變反應(yīng)，并且這一結(jié)果得到了英國(guó)原子能管理局（UKAEA）的獨(dú)立核實(shí)。

第一光聚變公司計(jì)劃基于彈丸聚變技術(shù)建設(shè)6 萬(wàn)千瓦示范聚變電廠，建設(shè)費(fèi)用約為5.7 億美元。該示范電廠旨在實(shí)現(xiàn)發(fā)電和產(chǎn)氚的一體化，確保氚的自給自足。聚變堆使用氘和氚作為燃料。聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子將與聚變腔室“液態(tài)金屬”內(nèi)壁中的鋰發(fā)生反應(yīng)，生成氚。示范電廠投運(yùn)后，氚的年產(chǎn)量可達(dá)2千克。第一光聚變公司表示，聚變電廠的設(shè)計(jì)需要解決核聚變的三大工程難題，即防止中子對(duì)設(shè)備的損壞、氚的生產(chǎn)和極端熱通量管理。

加核實(shí)驗(yàn)室將與第一光聚變公司合作研發(fā)聚變堆提氚系統(tǒng)。加核實(shí)驗(yàn)室將選擇兩種候選提氚技術(shù)，基于這兩種技術(shù)計(jì)算系統(tǒng)規(guī)模和氚滯留量，并進(jìn)行安全和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。提氚系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)聚變?nèi)剂涎h(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是防止氚滲透到冷卻劑中的關(guān)鍵因素。

加拿大核研究倡議由加核實(shí)驗(yàn)室于2019年7月啟動(dòng)，目標(biāo)是利用加核實(shí)驗(yàn)室的科研設(shè)施和能力，幫助先進(jìn)核技術(shù)開(kāi)發(fā)商加速創(chuàng)新技術(shù)的商業(yè)化部署，包括先進(jìn)裂變堆和聚變堆。

通用聚變公司

加核實(shí)驗(yàn)室11月10日宣布與通用聚變公司簽署合作備忘錄，未來(lái)將聯(lián)合開(kāi)展多個(gè)項(xiàng)目，目標(biāo)是加速推進(jìn)聚變技術(shù)在加拿大的商業(yè)部署。

根據(jù)備忘錄，雙方的合作領(lǐng)域包括可行性研究、監(jiān)管框架、電廠選址和建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)，以及測(cè)試和運(yùn)營(yíng)支持。總體目標(biāo)是利用加核實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)能力，幫助通用聚變公司于2030 年前在加建設(shè)一座商業(yè)聚變電廠。

兩家機(jī)構(gòu)曾于2021 年7 月宣布將合作開(kāi)發(fā)用于商業(yè)聚變電廠的提氚技術(shù)。此后，雙方合作研究了在聚變體系中最具前景的氚管理方法，特別是從液態(tài)金屬中提氚以實(shí)現(xiàn)氚燃料無(wú)限供應(yīng)的技術(shù)。加核實(shí)驗(yàn)室擁有一座氚設(shè)施，可供開(kāi)展提氚技術(shù)的全面測(cè)試。

通用聚變公司成立于2002 年，一直致力于“磁化靶”（MTF）技術(shù)研究。這一技術(shù)起源于美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室20 世紀(jì)70 年代提出的LINUS 概念，其主要原理是：將氘氚等離子體團(tuán)注入到一個(gè)液態(tài)金屬的自旋渦流中，然后用一組活塞向內(nèi)擠壓。如果這種擠壓在幾微秒內(nèi)完成，等離子體就會(huì)向心聚爆，達(dá)到發(fā)生聚變反應(yīng)的條件。聚變反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生中子，中子能夠與液態(tài)金屬中的鋰發(fā)生反應(yīng)，生成更多的氚。

通用聚變公司與英國(guó)原子能管理局2021年6 月簽署合作協(xié)議，將在英國(guó)卡勒姆園區(qū)（Culham Campus）建設(shè)并運(yùn)營(yíng)一座聚變示范廠；2022年10月宣布將根據(jù)2021年協(xié)議啟動(dòng)多個(gè)合作項(xiàng)目，目標(biāo)是建設(shè)一座“磁化靶”聚變示范設(shè)施。