今天分享的是:广发证券:可控核聚变深度之三:多路线百花齐放,期待黎明时刻
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可控核聚变之混合堆技术及发展总结
混合堆是可控核聚变的重要发展方向,其核心优势在于能提高铀资源使用效率。天然铀中易裂变的U235丰度仅0.714%,而U238丰度达99.28%。氘氚聚变产生的14.1MeV高能中子可引发U238裂变及相关反应,且U238吸收中子经衰变可转化为易裂变的Pu239,大幅提升铀资源利用率。同时,混合堆对聚变堆芯参数、第一壁材料耐辐照性及首炉氚供应能力要求较低,能改善能量平衡与氚自持,推动聚变能提前应用,其包层可利用天然铀并通过增殖能力实现铀资源充分利用。
混合堆类型丰富,基于可控核聚变的磁约束(如托卡马克)和惯性约束(如Z箍缩)等构型发展而来。
Z箍缩-裂变混合堆(Z-FFR)是重要类型,核心原理是等离子体在轴向强电流洛伦兹力作用下产生径向自箍缩,形成高温高密度区域以触发聚变。其关键技术包括驱动器、负载靶和包层设计。驱动器方面,LTD技术因模块化、高频运行等优势有望成为主流,需满足大电流、特定电流上升前沿等要求;负载靶中钨丝阵效果较好,能提升压缩均匀性;包层则承担氚自持与裂变核素产生功能。Z-FFR建造成本较低,1GW热功率规模约30亿美元,且在安全性、燃料循环等方面表现更优。
托卡马克-裂变混合堆基于主流的托卡马克构型,与传统托卡马克的主要区别在于包层,其包层包含第一壁、燃料区等,多了燃料区及相关屏蔽区,超导磁体是其关键部分🔶1-7🔶。
在发展动态上,国际上Zap Energy通过相关平台推进Z箍缩聚变工程化验证;国内“星火一号”计划采用聚变-裂变混合堆,目标2030年代商业化;“Z-FFR”计划分阶段推进,目标2035年左右建成商用示范堆。
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