文档介绍：2014 年10月17日聚变-裂变混合堆调研?严仕先 2 混合堆简介?利用聚变反应堆芯部产生的大量中子在含有可裂变物质的聚变堆外侧裂变包裹层中引起裂变、生产易裂变燃料或嬗变长寿命放射性核废物并获得能量的装置。?由于中子由聚变核心提供,反应堆不需要达到链式反应也能够持续运行,也就是裂变部分不临界?聚变堆芯产生的超快中子(14 .05 MeV) 如果在核包层仅用于回收氚之外, 中子便被减速而回收热能, 这便是纯聚变堆。但对于核能的利用来说, 存在着巨大的浪费。 3 混合堆简介?人们考虑在聚变堆芯之外的核包层中加以天然的钍(232 Th )或天然铀的主体 238 U , 则为混合堆, 使快中子得到充分的利用: ? 1) 聚变快中子直接使 238 U 裂变, 产生能量发电与供热以及中子倍增。? 2) 生产裂变核燃料 233 U 或 239Pu ? 3) 作为倍增的中子源可以生产氚以及嬗变“烧尽”裂变核电站的高放射性核废料。氚的半衰期为 12 .3 年,是必需不断补充的核武库中氢弹的原料。此前的高放射性核废料均置于深埋或封存留待处理状态。 4 混合堆简介?混合堆不论是以增殖裂变燃料为主, 还是以发电为主(这可以通过不同的包层配方来实现), 总可以使聚变功率放大 20 倍以上。?混合堆包层产生裂变能越多,包层能量倍增因子越大,对聚变驱动器的要求可以降低得越多,有利于提前实现聚变能利用. 据估计混合堆可以比纯聚变堆提前 20 年左右。?国际上由于发现纯聚变堆难度较大,,。 5 混合堆相比快堆的优势?二者都是增殖堆 ,倍增时间长,核燃料增殖能力差。 ,而混合堆没有这个问题,一旦技术成熟,经济力量许可,就可加速发展。 -压水堆共生系统的电能价格比快堆-压水堆共生系统便宜 -压水堆共生系统对铀资源消耗比快堆-压水堆共生系统低 -压水堆共生系统,对于钍资源利用比较经济 6 混合堆相比快堆的优势 ,混合堆是一个次临界装置;第二,堆后热问题比快堆少 。如混合堆可生产同位素纯度达 % 以上的 P-239 ;可以建成造氚堆;有可能成为最终处置长寿命放射性废物的途径;可以建成 1000 ℃以上高温热源,代替高温气冷堆。用于煤的气化,氢的生产,甲烷、甲醇、汽油的有机合成。混合堆还有另一个重要作用,它作为过渡到纯聚变堆的中间阶段,可作为纯聚变开发的试验堆,考验材料与设备,积累设计、建造和运行的经验。而快堆作为一种过渡堆是完全孤立的,对聚变发展没有直接关系。 7 国内外混合堆型 FDS-FB FDS-I FDS-II FDS-EM SABR ( MIT ) University of texas 可分离式聚变裂变混合堆 LIFE 激光驱动惯性约束聚变混合堆国内国际 8 SABR 堆? SUBCRITICAL ADVANCED BURNER REACTOR 9 SABR 裂变包层裂变核裂变功率 3,000 MWth 裂变燃料组成 Pu-40, Am-10, Np-10, Zr-40 最大 裂变核裂变功率 3,000 MWth 裂变燃料组成 Pu-40, Am-10, Np-10, Zr-40 10 SABR 裂变包层燃料横截面图燃料布置图