聚变中子源驱动的次临界核能系统.

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第四代核能介绍

第四代核能介绍面对能源危机、雾霾围城，核能以绿色、高效、低碳排放和可规模生产的突出优势，成为较为理想的替代能源。

作为一种可大规模替代化石燃料的清洁能源，核能在目前的世界能源结构中占有重要地位。

然而，由于现有大规模应用的热中子反应堆存在资源利用率低、放射性废物不断积累和潜在核安全问题，开发更加清洁、高效、安全的新型核能系统对核能可持续发展意义重大。

2014年1月，“第四代核能系统国际论坛组织（ＧＩＦ）”官方发布的“第四代核能系统技术路线更新图”，选出了6种创新反应堆概念及其支持性的燃料循环供进一步的合作研究与开发。

一：气冷快堆（GFR）——快中子谱、氦冷反应堆和闭合燃料循环；二：超高温反应堆（VHTR）——采用一次通过式铀燃料循环的石墨慢化氦冷反应堆；三：超临界水冷反应堆（SCWR）——在水的热力学临界点以上运行的高温高压水冷反应堆；四：钠冷快堆（SFR）——快中子谱、钠冷堆和有效管理锕系元素和转化铀-238的闭式燃料循环；五：铅冷快堆（LFR）——快中子谱、铅或铅/铋低共熔液态金属冷却反应堆和有效转化铀-238和管理锕系元素的闭合燃料循环；六：熔盐反应堆（MSR）——在超热中子谱反应堆中用循环的熔盐燃料混合物生产裂变电力和使用全部锕系元素再循环的燃料循环。

以上反应堆预计在今后30年内可投入使用。

相对的优点包括基建费用减少，核安全性提高，核废物产生量最小，并且进一步减小了武器材料扩散的风险。

而其中，铅基反应堆备受关注。

铅基材料（铅、铅铋或铅锂合金等）作为反应堆冷却剂，能使反应堆的物理特性和安全运行具有显著优势，铅基反应堆主要特点如下。

第一，中子经济性优良，发展可持续性好。

铅基材料具有低的中子慢化能力及小的俘获截面，因此铅基反应堆可设计成较硬的中子能谱而获得优良的中子经济性，可利用更多富余中子实现核废料嬗变和核燃料增殖等多种功能，也可设计成长寿命堆芯，不仅能提高资源利用率和经济性，也有利于预防核扩散。

中国加速器驱动嬗变研究装置次临界反应堆概念设计

中国加速器驱动嬗变研究装置次临界反应堆概念设计彭天骥;顾龙;王大伟;李金阳;朱彦雷;秦长平【摘要】According to the construction requirement of China Initiative Accelerator Driven System (CiADS ) , a conceptual design of subcritical reactor in CiADS was completed .The subcritical reactor is a liquid lead-bismuth cooled fast reactor with the semi-pool semi-loop type arrangement mode ,and the center tube in vessel was used to realize the structure coupling with the spallation target . The relatively mature fuel scheme and refueling pattern were adopted ,the unique lead-bismuth coolant auxiliary system was designed ,and a variety of engineering safety systems were set up to ensure the safety of the reactor .In the design of the CiADS subcritical reactor ,the feasibility of the reactor-target interface is fully considered ,and the favorable heat transfer capaci-ty of the liquid lead-bismuth is utilized .The natural circulation capacity characteristic of the pool-type reactor and low coolant capacity characteristic of the loop-type reactor are realized together . The good feasibility , safety , arrangement flexibility and technical scalability are combined in the CiADS reactor design .%根据中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的建设要求,完成了CiADS中次临界反应堆的概念设计.次临界反应堆为液态铅铋冷却快中子反应堆,采用半池式-半回路式的布置方式,通过主容器的中心管实现了与散裂靶在结构上的耦合.燃料组件及换料方式采用相对成熟的技术方案,设置了铅铋主冷却剂辅助系统,通过多种专设安全设施来保证反应堆的安全.CiADS次临界反应堆充分考虑了堆靶耦合界面的可实现性,利用了液态铅铋冷却剂良好的传热性,结合了池式堆冷却剂自然循环的特性及回路式堆冷却剂装量少的特性,具有良好的可行性、安全性、布置灵活性和技术扩展性.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)012【总页数】7页(P2235-2241)【关键词】中国加速器驱动嬗变研究装置;次临界反应堆;概念设计【作者】彭天骥;顾龙;王大伟;李金阳;朱彦雷;秦长平【作者单位】中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】TL371加速器驱动次临界系统(ADS)[1-5]是国际公认的最有前景的长寿命核废料安全处理装置。

工业用铅冷加速器驱动次临界系统(ADS)初步概念设计

２００６年１２月
工业用铅冷加速器驱动次临界系统（Ｄ）步概念设计ＡＳ初
黄锦华，彦鑫阳
（工业西南物理研究院，四Ｊ成都６０４）核ＩＪ１０１
摘要：文进行了热功率为８０Ｍｗ工业用铅冷ＡＤ（Ｉ器散裂中子源驱动的次ｌ系统）概念设本０Ｓ；速ＪＩＪ临界的计。设计要求嬗变堆在运行的全过程中满足设定的各项技术要求：裂源中子的能量增益Ｍ￣４０ “ 散０，＜Ｏ９，值线功率密度低于３Ｗ／此外，求嬗变燃料的平均燃耗深度大于２。为此，行了．８峰０ｋｍ，要Ｏ进倒料计算，至堆运行达到平衡状态。设计特点是将嬗变燃料靠近中子源以期提高嬗变率，围燃料棒直外
ＡｂｔａｔＡｃｎｃｐｕａｓｇｎｏａ０ＭＷｔｌａｃｏｌｄａｃｌｒｔｒｄｉｎｕｂｒｔｃｌｓｒｃ：ｏｅｔｌｄｅｉｆ８０ｅｄｏｅｃｅｅａｏｒｖｅｓｃｉｉａｓｓｅ（ＡＤＳ）ｉｐｅｅｅｙｔｍｓｒｓｎｔｄ．Ｔｈｅｏｌｏｎｇｆｌｗｉｄｅｉｎｅｕｒｍｅｓｈｏｄｅｕｌｉｌｄｓｇｒｑｉｅｎｔｓｕｌｂｆｆｌｅ
ｔｒｇｈｔｈｏｅｏｅａｉｎｐｒｃｓｈｒｎｓｕａｉｅｃｏｈｏｕｈｅｗｌｐｒｔｏｏｅｓｏｆｔｅｔａｍｔｔｏｎｒａｔｒ：ｔｎｅｇｕｔｐｉａｈｅｅｒｙｍｌｉｌｃ — ｔｏｆｈｅｐａｌｔｏｏｃｎｕｔｏ＞４ｉｎｏｔｓｌａｉｎｓｕｒｅｅｒｎＭ００，ｔｅｆｅｔｖｅｈｅｆｃｉｍｕｌｉｉａｉｎｏｆｉｉｎｔｔｐｌｔｏｃｅｆｃｅｃ

新能源概论结课论文

新能源概论结课论文核能一、发展史核能问世的准备时期，可以追溯到19世纪末至20世纪初。

19世纪末，英国物理学家汤姆逊发现了电子；1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线；1896年，法国物理学家贝克勒尔首次发现了天然铀的放射性；1898年，居里夫人又发现了新的放射性元素钋和镭；1902年，她经过4年的艰苦努力成功分离出毫克级的高纯镭；1905年，爱因斯坦提出了著名的质能转换公式E＝mc2（c为光速，E为能量，m为转换成能量的质量）。

1914年，英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。

1932年，英国物理学家查得威克发现了中子。

1938年，德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。

有些元素可以自发地放出射线，这些元素叫做放射性元素。

放射性元素可以放出3种看不见的射线。

一种是α射线，就是氦原子核。

一种是β射线，就是高速电子。

一种是γ射线，就是高能电磁波。

其中γ射线的穿透能力最强。

当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子而分裂成两个较轻的原子核，同时发生质能转换，放出很大的能量，并产生两个或3个中子，这就是举世闻名的核裂变反应。

在一定的条件下，新产生的中子会继续引起更多的铀原子核裂变，这样一代代传下去，像链条一样环环相扣，所以科学家将其命名为链式裂变反应。

1946年，在法国居里实验室工作的我国科学家钱三强、何泽慧夫妇发现了铀原子核的“三裂变”、“四裂变”现象。

链式裂变反应释放出巨大的核能，1千克铀235裂变释放出的能量，相当于2500吨标准煤燃烧产生的能量。

只有铀233、铀235和钚239这3种核素可以由能量为0.025电子伏的热中子引起核裂变。

它们都可用作核燃料，其中只有铀235是天然存在的，而铀233、钚239是在反应堆中人工生产出来的。

铀235在天然铀中的含量仅为0.7% 在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。

解析中国的核能战略

解析中国的核能战略史永谦．曹健（中国原子能科学研究院，北京１０２４１３）摘要：分析了我国发展棱电三步走的战略（第一步压水堆棱电站，第二步快中子增殖堆电站和第三步植聚变堆电站）厦发晨棱电所需要的铀责源储备（重视国内外的抽资源利用），进而时核燃料循环中的乏燃料后处理厦乏燃料赴王分离和娃变技术（加速嚣驱动的次临界系统ＡＤｓ）进行了讨论。

关键词：中国；核能；轴贵瓣；燃料循环；战略中围分类号：Ｆ４０７．２３文献标识码：Ａ文章编号：１００４—３９５０（２００７）０５一００叭一０９ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎｆｂｒｎｕｃｌｅａｒｅｎｅｒｇｙｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＣｈｉｎａｓｍＹｏｎｇ—ｑｋｎ．ｃＡｏ】诹ｎ（ｃｈｌｎｎＩⅡｓｎｔｕｌｅｏｆＡｔｏｍｉｃＥｎｅ。

ｇｙ，Ｂｅｉｊｉ“ｇ１０２４１３．ｃｈｉ儿ａ）Ａｂｓｔｒｎｃｔ：Ｔｈｒｅｅ－ｓｔｅｐｓｔｒａＩｅｇｙｏｆｎｕｃｌｅａｒｅｎｅ‘科ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａ，ｗｉｔｌｌｔｈｅ６瑁ｔ咖ｏｆＰ删ｕ＾ｚｅｄ—ｗａｔ舢ａｃｔｏｒ（ＰｗＲ）ｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅ。

ｐｌ卸ｔ，ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｏｎｅｏｆｆ船ｔｂｒｅｅｄｅ。

Ｐ嗍ＰｌａⅡｔＢｎｄｔｈｅｌⅡｎ呲ｏｆｎｕｃｌｅａｒｆｕｓｉｏ“ｐｏｗｅ‘ｐｌａｎｔ，ａｎｄ肥ｑｕｊｒｅｄｒｅＢｃ嗍０ｆｕｒａｎｉ㈣灿ｃｆｏｒｌｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎＩｏｆｕｎｃｌｅａ。

ｐｏｗｅｒｗｅ｜ｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎｓｐｅｎｔｆｕｅｌｒｅｐｒｏ－ｃｅｓｓｉ“ｇａｎｄ８Ｐｅｎｔｆｕｅｌｄｉ８ｐｏｓｉｔｌｏｎｔｃｃｈｎｏｌｏ盯：ＰＨｎｉｕｏｎｉｎｇａｎｄｔｍｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｄｒｌｖｅｎｓｕｂ・ｃｄｔｌｃａｌｓｙｓｔｅｍ＾ＤＳ】ｗｅｒｅ８ｌｓｏｄｉｓｃｕ船ｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｎ８；ｎｕｃｌｅａｒ㈣Ｗ；ｕｒａｎｉｕｍ坤ｓｏｌＩｒｃｅ９；ｆｕｅｌｃｙｃｌ。

：Ｂｔｍｔ。

ｇｙ０引言能源是人类生存和发展的重要资源．也是人类生产和生活的物质基础。

次临界能源堆物理性能初步分析

ＰｒｌｍｉｒｙｉａｒｏｍａｃｅｉｎａｙＰｈｓｃｌＰｅｆｒｎｅＡｎａｙｉｌｓｓ
ｏｕｃｉｉａｅｇａｔｒｆＳｂｒｔｃｌＥｎｒｙＲｅｃｏ
ＭＡｉｍｉ．ＬＩＹｏｇｋｎｊ— ｎＵｎ — ａｇ
开展ＳＲ安全分析提供了基础。Ｅ关键词：临界能源堆；层模型；理性能次包物
中图分类号：４１１ＴＬ１．文献标志码：Ａ文章编号：００６３（０２０ —４７０１０－９１２１）４０３—５
ＡｂｔａｔＴｈｕｃｉｃｌｅｅｇｅｃｏＳｓｒｃ：ｅｓｂｒｔａｎｒｙｒａｔｒ（ＥＲ）ｉｕｉｎｆｓｏｙｒｄｒａｔｒｗｈｃｉｓａｆｓｏ —ｉｉｎｈｂｉｅｃｏｉｈｓ
ｉｒｖｎｂｙＴｏｍａｕｓｏｏｃ．ＳＥＲｓｓｎｔｒｌｕａｕａｔｒｃｏａ．ＩｓＳｄｉｅｋａｋｆｉｎｓｕｒｅｕｅａｕａｒｎｉｍｎｄｗａｅｏｌｎｔｔ
ｍａｎｏｊｃｓｔｒｄｃｏｒＥＲｄｌｔｎｕｕｙｉｄｒｗｅｅｅｔｂｉｈｄｉｂｔｉｏｐｏｕｅｐｗｅ．Ｓｅｍｏｅｓｗｉａｎｌｓｃｌｅｒｓａｌｅ．ｈｎｓ
ＷｉｈＭｏｅＣａｌｒｎｓｒｎｄｂｎｕｏｄｓｔｎｔ — ｒｏｔａｐｏｔａｕｒｐｃｅ，ｍｏｄｌｔｉｆｒｎｔｆｌｚｎｅｃｎｆｇｕ— ｅｓｗｉｈｄｆｅｅｕｅｏｏｉｒｔｏｎｒｏｍｐｒｄ，ｔｅｅｒｏｃｆｉｉｎｙａｕｉｎｎｕｒｏｃａｅ，ａｉｓｗｅｅｃａｅｈｎｎｕｔｏｎｓｕｒｅｅｆｃｅｃｎｄｆｓｏｅｔｏｎｓｕｒｅｒｔｐｗｅｉｔｉｔｏｎｄｎｕｒｐｅｔｕ，ｐｉａｙｂｎｕｏｒｄｓｒｂｕｉｎａｅｔｏｎｓｃｒｍｒｍｒｕｒｐ，ｄｅａａｔｔｎｄｎｇｏｃｙｈｅｔａｈｅｅｉｆ

彭先觉

彭先觉开创我国核能和平利用新时代先知先觉先行——中国工程院院士彭先觉的科研道路科学是人类进步的阶梯，在他所专注的核能开发和利用领域，是一个先知先觉先行者，相信随着研究的进一步深入，也必将为人类未来新能源问题的解决，尤其是在核能的和平利用事业上，做出更大的贡献——题记。

彭先觉(1941.9.16 -) 原子核物理学专家。

出生于湖南省湘潭县。

1964年毕业于哈尔滨军事工程学院。

曾任中国工程物理研究院科技委主任，研究员。

长期从事核武器理论研究与设计，参加了第一代核武器多种型号和第二代核武器氢弹次级的理论设计、试验和定型工作，是这些型号的主要负责人之一。

提出了多个改进核武器设计的新设想，富有创新性和实用性，在大幅度提高核武器性能方面发挥了关键的作用，参与了“八五”核试验规划和各次核试验方案的制定，为我国核试验任务的顺利完成，使我国核武器设计水平在主要指标上进入世界先进行列做出了重要的贡献。

1996年后主要从事核武器研究的规划制定和武器的安全性、可靠性研究，并十分关心核爆炸的和平利用。

曾获国家科技进步奖一等奖三项，二等奖二项，三等奖二项。

伟大的革命先行者孙中山先生曾经说过：“有一种人叫做先知先觉者，他们是世界上的创造者，是人类中的发明家。

”公元1941年9月16日，在湖南湘潭县一个姓彭的农户家里，诞生了一名男婴。

孩子的祖父有感于孙中山先生的卓见，为他起名为“先觉”。

果不其然，孩子长大后，经过刻苦攻读和不断求索，真的成为了一名核物理领域的先知先觉先行者。

数十年来，彭先觉不仅为中国的氢弹研制事业做出了卓越贡献，立下了汗马功劳，还极具创造性地提出了和平利用核能的宏大计划，并与时俱进，在传统的高碳能源难以为继，亟需新型清洁能源的当下，提出了聚变——裂变新型混合堆开发利用核能的方案。

该混合堆一旦研制成功，将能够解决人类未来数千年的能源需求问题，意义重大。

厚积薄发中国土生土长的核物理专家彭先觉是我国著名的原子核物理学专家，曾任中国工程物理研究院科技委主任，因研究工作功勋卓著，1999年当选为中国工程院能源与矿业工程学部院士。

加速器驱动的次临界系统散裂靶热工水力研究

张尧立，崔鹏飞，聪，肖思杨永伟，周志伟
（华大学核能与新能源技术研究院，京清北１０８）００４
摘要：裂靶位于加速器驱动的次临界系统（ｓ的中心，核嬗变提供所需的中子源。通过分析散裂散ＡＤ）为
形状对ＡＳ靶区温度分布和速度分布的影响，到满足热工要求的可选方案。Ｄ得
关键词：速器驱动的次临界系统；裂靶；工水力加散热
中图分类号：Ｌ１．Ｔ４１１文献标志码：Ａ文章编号：００６３（０２０ — ５３０１０ — ９１２１）５０７ — ６
ｔｃ（ｉＬＢＥ）ｗａｈｏｅｓｔｐｌａｉａｇｅｎｄｔｏｏａｔｆｒｔｅＡＤＳ．ＭＣＮＰｏｓｃｓｎａｈｅｓａｌｔｏｎｔｒｔａｈｅｃｌｎｏｈｃｄｅｗａｕｓｄＯｃｌｕｌｔｔｅｅｏｓｔｏｎｈｅｔｎｈｓｌａｉｎａｇｅ，ａｔｓｅｔａｃａｅｈｄｐｉｉａｉｔｅｐａｌｔｏｔｒｔｎｄｈｅＣＦＤｃｄｅｏＦＬＵＥＮＴｓｅｗａｍｐｌｙｄｔａｃａｅｔｈｅｍａ— ｄａｌｃｂｈｖｏｎｔｐｌａｉｎｔｒｏｅｏｃｌｕｌｔｈｅｔｒｌｈｙｒｕｉｅａｉｒｉｈｅｓａｌｔｏａ－ｇｅｏ．Ｄｉｆｒｎｔｄｅｉｎｐａａｅｅｓａｌａｉｆｒｎｎｄｗｈａｅｒｎａｙｅｔｚｎｅｆｅｅｓｇｒｍｔｒｓｗｅｌｓｄｆｅｅｔｗｉｏｓｐｓｗｅｅａｌｚｄｉｒｒｔｉｔｉｆｅｔｔｈｅｔｍｐｅａｕｅｄｉｔｉｔｏｎｅｏｉｙｄｓｒｂｕｉｎ，ｎｏｄｅＯｆｎｄｈｅｒｅｆｃｓｏｔｅｒｔｒｓｒｂｕｉｎａｄｖｌｃｔｉｔｉｔｏａｄｔｕｔｂｌｓｇｎｏｉｓｗｅｅｆｕＯｍｅｔｔｈｅｍａ— ｎｈｅｓｉａｅｄｅｉｐｔｏｎｒｏｎｄｔｅｈｅｔｒｌｈｙｄａｌｃｒｑｒｍｅｓｒｕｉｅｕｉｅｎｔ．

聚变裂变混合发电堆水冷包层中子学设计分析

第30卷　第1期核科学与工程Vol.30　No.1　2010年　3月Chi nese Journal of Nuclear Scie nce a nd Engi neeri ngMar.　2010收稿日期:2009206230;修回日期:2010202205基金项目中科院知识创新工程重要方向项目;中科院重大科学装备;I T R 计划专项项目作者简介蒋洁琼(—),女,安徽人,博士生,现从事反应堆中子物理学设计研究聚变裂变混合发电堆水冷包层中子学设计分析蒋洁琼1.2,王明煌1.2,陈　忠1.2,邱岳峰1.2,刘金超1.2,吴宜灿1.2,FDS 团队1.2(1.中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥230031;2.中国科学技术大学核科学技术学院,安徽合肥230027)摘要:主要针对聚变裂变混合发电堆FDS 2EM 水冷包层的能量倍增因子M 和氚增殖率T BR 等中子学参数进行优化计算。

FDS 2EM 包层主要设计目标是在氚自持的基础上获得约1G W 的电功率,并且尽可能长时间连续运行不换料。

通过初步设计分析给出一个使用核废料(压水堆卸出的废料钚、锕系加上贫铀)作为裂变燃料,能够实现氚自持、能量倍增因子约为90等设计目标,且连续运行至少10年不换料的中子学方案。

关键词:聚变;包层;混合堆;中子学中图分类号:TL6113 文献标志码:A 文章编号:025820918(2010)0120065207N eutr onics design and analysis of w ater 2cooled ener gypr oduction blanket f or a f usion 2f ission hybr id r eactorJ IAN G Jie 2qiong 1.2,WAN G Mi ng 2huang 1.2,C H EN Zho ng 1.2,Q IU Yue 2feng 1.2,L IU Jin 2chao 1.2,WU Y i 2can 1.2,FDS Tea m 1.2(1.Inst it ut e of Plasma Phys i cs ,C hi nes e Academy of Sciences ,He f ei of Anh ui Prov.230031,China ;2.School of Nuclear S ci ence and Technology ,Universit y of Science and Technology of C hi na ,Hefei of Anhui Pro v.230027,Chi na )A bstract :Neut ronics calcul at ions were performed t o a nal ysi s t he parameter s of blanket ener gy mul tipli cation factor (M )and t rit ium breedi ng ratio (TB R )i n a f usion 2fission hybrid reactor for energy production na me d FDS 2EM (Energy Mult iplier )bla nket.The most significa nt and mai n goal of t he water 2cool ed FDS 2EM bla nket i s to achieve t he ener gy gain of about 1GW wi t h self 2sust ai ning t ri tium ,w hich ca n ope rat e for as lo ng a s possible wit hout f uel unloa di ng and reloading.The preli mi narily designed ne ut ronic s parameter s for FDS 2EM were prese nte d ,which show t hat t he bla nket loa ded wi t h t he N uclear Wast e (t ransuranic from 33000MWD/M TU PWR and deplet ed uranium )for ener gy mul tiplication (M ≈90)wi t h t rit ium self 2sufficiency ca n operate for at l ea st:E :198010year s wit hout fuel unloa di ng and reloa di ng.K ey w or ds:fusion;blanket;hybrid reactor;ne ut ronics 为了应对能源短缺和环境污染等问题,人类需要寻找新的替代能源,核能是公认现实可行的可大规模替代常规能源的既清洁又经济的现代能源。

核科学技术术语

核科学技术术语---裂变反应堆核科学技术术语---裂变反应堆（Glossary ofterms:nuclear science and technology-Fission reactor），并做了必要的修正。

它涉及了裂变反应堆领域有关的术语及定义。

反应堆堆型名词术语1.1 （核）反应堆(nuclear) reactor 能维持可控自持链式核裂变反应的装置。

注释：更广泛的意义上讲，反应堆这一术语应覆盖裂变堆、聚变堆、裂变聚变混合堆，但一般情况下仅指裂变堆。

1.2 动力（反应）堆power reactor 用于发电、推进和供热等用途的反应堆。

1.3 供热（反应）堆heating reactor 用于向居民和（或）工业设施等供热的反应堆。

1.4 研究（反应）堆research reactor 主要作基础研究或应用研究用的反应堆，例如：a. 高通量反应堆b. 脉冲反应堆c. 材料试验反应堆d. 零功率反应堆1.5 生产（反应）堆production reactor 主要用于生产易裂变材料的反应堆。

除另有说明外，通常指生产钚的反应堆。

1.6 增殖（反应）堆breeder reactor 转换比大于1的反应堆。

1.7 空间反应堆space reactor 将核裂变反应产生的能量转换成电能作为航天飞行器电源的一种核反应堆。

1.8 微型中子源反应堆miniature neutron source reactor 用高浓金属铀作燃料元件，金属铍作反射层，轻水慢化，自然对流冷却的一种作中子源用袖珍式核反应堆，可用于中子活化分析及少量研究用短寿命示踪同位素的制备。

1.9 零功率（反应）堆临界装置zero－power reactor；zero－energy reactor critical assembly 设计在极低功率下运行，不需要专门设置冷却剂系统的反应堆。

1.10 脉冲（反应）堆pulsed reactor 用于产生短持续时间、强中子脉冲的反应堆。

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聚变中子源驱动的次临界核能系统──聚变能技术的早期应用途径摘要提出作为聚变能技术早期应用途径的聚变中子源驱动的清洁核能系统概念，并从国家的能源需求、国内外核电发展状况论述开发这种系统的必要性和意义，根据国内外聚变驱动器技术及次临界包层技术进展和国内多年的可行性研究结果说明开发这种系统的现实性和基础。

文中也给出了建议的发展进程。

关键词清洁，核能，次临界，聚变，中子源，包层学科分类号TL 原子能技术能源是发展国民经济的动力, 是提高人民生活的物质基础,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,能源预测研究表明：在下世纪纯聚变能商业应用之前，中国将存在严重的能源短缺，而且也人们将会越来越认识到能源结构的不合理性。

裂变核能的大规模发展将是一个不可缺少的阶段，但由此引起的核资源短缺、放射性核废料处理及核扩散等问题必须解决。

本文在国家“863”计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院基金项目等支持的研究工作的基础上建议发展聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统以满足我国大规模发展裂变核能的需要，同时也作为推动永久清洁能源──纯聚变能商用化技术发展的重要台阶。

文中首先对建议的次临界清洁核能系统作简要介绍，然后于第3节简单陈述发展这种系统的的必要性和重要意义，并举例说明其潜在应用，于第4节分别说明聚变中子源驱动器技术和次临界包层技术基础。

第5节给出建议的发展进程和首先研究的关键技术。

第6节是本文的基本结论。

1什么是次临界清洁核能系统通常的裂变核反应堆靠自持链式裂变反应维持在临界状态下运行，这样一方面尽管反应堆可以设计得非常安全，但还是存在着发生超临界事故的潜在危险性；____________________________________________________________________________________________获国家自然科学基金项目(19385004和19985004)、国家"863"计划项目(863-614-03-02)和科学院重点基金项目另一方面，为维持临界状态，对核燃料的中子吸收（或增殖）性能要求很严格，因而核燃料的燃耗不可能很深，而且对堆内材料成份要求也很严。

次临界核能系统由于靠外中子源驱动而运行在次临界状态下，次临界度可设计得很深，无发生超临界事故的可能，而且可在系统中加入中子吸收材料来利用过剩的中子，如用于嬗变处理长寿命核废料、生产核燃料、生产氚及材料辐照实验等。

原则上，这种次临界核能系统可由聚变中子源、高能质子散裂中子源或特别设计的裂变中子源来驱动。

关于对不同驱动中子源的比较，国内外有许多学者作过研究[1-7], 这里不做介绍。

在国家“863”计划、国家自然科学基金和中国科学院基金等支持下中科院等离子体物理研究所及国内有关单位对这种系统的不同方面做过深入研究，本文在此基础上建议发展一种安全、有效而且现实的聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统。

这里建议的聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统是根据聚变反应是富中子、贫能量(14MeV/次)，而裂变反应恰好是贫中子、富能量(200MeV/次)的特点，利用外源中子进入到一个叫包层的次临界系统，在研究各种核材料（核燃料/结构材料/冷却剂/中子增殖剂/氚增殖剂等）的中子学性能和其他技术性能的基础上，优化安排包层, 利用天然铀和钍作燃料, 实现下列四项功能：(1) 生产核燃料，供给裂变核电站用；(2) 处理核废料，“燃烧”裂变核电站乏燃料中的高放核废料；(3) 增殖能量，以供热和发电；(4) 生产氚,一方面维持聚变驱动器堆芯聚变反应所需的氚，另一方面如有必要也可也可用在军用及民用的其他方面（氚的自然半衰期为12年）。

这种系统系统其实就是一种多功能的聚变裂变混合反应堆，它对等离子体聚变驱动器的参数水平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。

2 发展清洁核能系统的必要性和意义现时中国能源消耗的特点是人均消费水平低，产值能耗高，且以煤为主。

根据实现社会主义现代化经济建设分三步走的战目标，到2050按人均国产总值达4000美元计，届时我国人口达15亿，电力需求相当于每年40亿吨左右标准煤，且应大大减少煤电占总电力的比例。

这时、除了应积极开发太阳能、凤能、潮汐能及生物能等再生能源外，核能是公认的唯一现实的可大规模替代常规能源的既干净又经济的现代能源。

一座百千瓦核裂变电站每年约可代替300万吨标准煤，并每年可减少约1千万吨二氧化碳、20万吨二氧化硫和3万吨二氧化氮的气体排放量。

如若建设3亿千瓦(占预测2050年总电力需求的25%)的核裂变电站每年约可替代10亿吨标准煤，而且不会有二氧化碳造成的温室效应及二氧化硫和氮化物对大气的污染。

根据IAEA截止到1994年的统计，世界上已有30多个国家和地区建成了437座核电，装机容量为3.6亿千瓦，核电约占总发电量的23.2％, 其中法国是75.3％、比利时35.8％、韩国35.5％、日本30.7％、德国29.3％、英国25.8％、美国22.0％、俄罗斯11.4％，而中国大陆目前核电仅占总发电量的1％左右。

由次可见，核电在中国应该是可以大有可为的。

为了填补我国21世纪中能源的缺口，对核能发展规模要求是十分巨大。

到2050年，设想分别以我国核电占总电力生产10％、20％和30％，作为核电发展的低、中、高三个目标，其发展规模见表1 ：表1 预测的2050年核能规模和占总电力的比例Table 1 Predicted fraction and capacity of nuclear energy supply in 2050 in China方案scenario核电占总电力比例(%)fraction A核电发展规模(GW)capacity占一次能源比例(%)fraction B备注(总规模水平)approximate scale低方案(I) 中方案(II) 高方案(III) 10203012024036061218接近目前法国核电两倍double nuclear electricity in France相当目前美法苏三国核电之和sum of nuclear electricity inUS,France and RF超过目前全世界核电总和sum of nuclear electricity in theworldFraction A: fraction of nuclear electricity in total electricity supply.Fraction B: fraction of nuclear electricity in total primary energy supply.从以上预测可以看出，一方面由于我国是一个人口大国，对未来能源需求量十分巨大，即使裂变核电发展达到高目标，其在一次能源中的比例也只有18％左右，仅能起到重要补充的作用。

另一方面，从绝对数量看，我国未来核电发展规模将是空前巨大的，其高目标将超过目前全世界核电总和（全世界目前运行480多座核电站，净电功率约为310GW）。

而要如此大规模发展裂变核电，下列四个方面问题是要首先解决的问题:(1)提高固有安全性;(2)增殖核燃料;(3)处理长寿命核废料;(4)防止核扩散。

同时我们注意到：氘氚聚变反应可释放大量聚变能，一升海水中的氘通过聚变反应可释放出的能量相当300多升汽油燃烧放出的能量，反应产物几乎是无放射性的。

因此，以开发聚变能为目标的受控热核聚变将为人类提供最理想的清洁能源。

开发聚变能的科学可行性经过近50 余年的艰难历程，己得到证实，并取得了突破性进展，但纯聚变能要成为商业能源还须要付出相当的努力。

然而，前述建议的聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统作为聚变能技术早期应用途径则具有下列优势:(1) 可解决上述在聚变能商用化以前大规模发展核裂变能四个重要问题；(2) 这种系统由于是次临界的, 因而无临界安全问题, 而且可做到深燃耗和高效率；(3) 也是推动永久清洁能源—纯聚变能发展的重要台阶；(4) 即便在聚变商用化以后，这种技术也可以继续为处理裂变电站积累的高放核废料及军用过剩钚作贡献。

纵观国际上核电发展的经验、现状和趋势，如果有了这种混合系统的加盟，则情况就不一样。

研究表明[8,9]：大体说来，1GW电功率的混合堆(HYB)，可同时解决10GW电功率的压水堆(PWR)电站的核燃料供应和核废料嬗变处理。

所以如图1所示，混合堆如果和各种热中子堆(PWR，APWR）及快中子堆(FBR)组成共生体系，就有可能在2050年使中国核电规模达到400-700GW[10].由此可见，混合堆如能得到发展，完全有可能解决聚变商用化以前的能源短缺问题。

图1 中国核能体系可能的发展规模Fig.1 Predicted maximum capacity of nuclear energy up to 2050 in China3 发展清洁核能系统的现实性和基础3.1 聚变-裂变混合堆在国际上的发展历史和状况聚变-裂变混合系统(混合堆)不是一个新概念，早在50年代初就有人提出过，而认真研究是70年代各自在美、苏进行，自1976年起他们开始举行联合讨论会[11]，当时这种研究的目的就是生产高纯度钚(Pu)和处理核废料。

美国在80年代曾研究过利用混合堆生产现存大量核武器所需补充的氚[12]，因为氚的自然半衰期是12.3年,它会随时间不断减少。

所以聚变-裂变混合堆的应用在初期是与军备相联系(生产原子弹和氢弹燃料:钚和氚)，而在80年代后期美苏出自核不扩散的考虑，提出仃止研究聚变-裂变混合堆, 要求只研究纯聚变堆。

而纯聚变堆研究是较长期的工作，尤其是在美、日、欧、俄四方合作进行了近十年的ITER(国际热核聚变堆) 概念设计(CDA)及ITER 工程设计(EDA)研究之后，大家认识到尽管托卡马克可以获得早期应用,但商用化还要在聚变的科学研究及工程发展上做很多努力，才能使聚变能成为永久的、经济的洁净能源。

所以美国在1998年又重新重视聚变-裂变混合堆研究把聚变中子源作为聚变能的近期利用，它是美国发展聚变能战略的一个组成部分。

聚变中子源研究包括的范围是:燃烧核废料、生产核燃料、产氚及材料辐照研究等[13]。

美国著名的聚变堆研究组ARIES Team及波音公司1997年发表的关于聚变潜在应用的综合评价研究报告[14]认为聚变最有吸引力的早期应用是处理高放核废料。

前苏联也一直重视发展混合堆，在很长一段时间内关于ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor）与混合堆的研究工作在并行进行。