Z箍缩驱动聚变裂变混合堆——一条有竞争力的能源技术途径

介绍了国内外Z箍缩研究现状,探讨了利用Z箍缩驱动核能源的新能源技术,证明Z-Pinch驱动聚变裂变混合堆是一条非常有竞争力的能源路线。     

中物院聚变能源科学技术研究中心诚聘英才

正一、中心简介中物院聚变能源科学技术研究中心隶属于中国工程物理研究院(以下简称中物院),是中物院推进战略科技"聚变能源科学技术"的责任主体.主要面向聚变能源科学技术领域共性关键科学技术问题,以形成核心科学技术能力为导向,负责中物院聚变能源科学技术研究方向和重点的规划、计划、组织和实施,构建具有中物院特色的聚变能源科学技术体系,培养高水平科技人才.中心主要围绕激光聚变研究、Z箍缩聚变研究、新型聚变途径探索、聚变能源科学基础与支撑技术研究等四个方向开展研究工作.     

直接驱动Z箍缩的FLTD型脉冲功率源的发展

介绍了快直线型变压器（FLTD）脉冲源的技术特点；概述了美国圣地亚国家实验室与俄罗斯强流电子学研究所合作研制的FLTD－Z模块的新进展，基于FLTD拟重复频率运行的针对聚变能源（IFE）应用的原理性样机Z－POP装置，以及下一代惯性约束核聚变（ICF）和IFE用的指标为6 MV,60 MA/90 MA和100 ns FLTD型直接驱动脉冲源的概念设想；初步分析了FLTD直接驱动源需要研究的关键技术。     

大型Z箍缩装置中心汇流区电感计算

为了快速估算大型Z箍缩装置中心汇流区电感，研究Z箍缩装置电功率和能量传输效率的规律，对Z箍缩装置中心汇流区做近似处理，给出了绝缘堆、真空喇叭口、真空磁绝缘传输线、汇流柱等部件电感近似计算公式，建立了一种快速估算Z箍缩装置中心汇流区电感的方法，获得了中心汇流区电感与电气参数(绝缘堆峰值电压)和结构参数(中心汇流区半径及分层数、真空磁绝缘传输线倾角)的定量关系。在此基础上，建立了典型Z箍缩装置简化电路模型，实现了从中心汇流区结构参数→电气参数→输出电流的自洽电路模拟，获得了中心汇流区分层数及半径对Z箍缩装置短路电流的影响规律。计算结果表明：所提电感计算方法获得国际典型Z箍缩装置的中心汇流区电感与文献最大误差为3.3%;中心汇流区电感随分层数增大而减小、随半径先减小后增大，存在使中心汇流区电感最小的优化半径。所提方法可为同类型Z箍缩装置的设计提供理论参考。     

聚变能源中氚安全研究进展及展望

氚安全是聚变堆安全的核心内容,对聚变堆从研究走向实现聚变能源有着至关重要的影响,是建设聚变堆前必须回答的问题.本文针对聚变堆中大规模氚应用场景,从氚分布、包容、处理、人类及环境安全等方面综述了当前的研究进展,结合我国磁约束聚变能源发展路线图,提出针对聚变能发展的氚安全发展路线设想,并给出氚安全需重点突破的关键科学问题、技术问题及工程问题建议.     

强激光的靶面均匀辐照和光束匀滑技术

惯性约束核聚变（ICF）的研究对解决当今世界面临的能源危机具有重要意义.为实现ICF聚变点火,要求聚焦到靶面的强激光具有很高的均匀性.分析了实现激光光束匀滑和靶面均匀辐照的几种主要技术方案的原理和方法,得出各技术手段的性能特点及适用条件.     

磁约束聚变能源的发展机遇与挑战

磁约束聚变能源具有安全、经济和环境友好的优点，是未来理想的战略能源，可为“双碳”目标的实现做出重大贡献。磁约束聚变是利用磁场将氘和氚燃料以等离子体的形式约束并发生聚变反应，被认为有希望彻底解决人类的能源问题，也是中国核能发展的长远目标。当前中国正在积极参加国际热核聚变实验堆（ITER）的建设，支持国内ITER专项的物理和工程技术研究，在吸收和消化ITER经验的基础上，自主设计以获取聚变能源为目标的中国聚变工程试验堆（CFETR）。聚变能源开发难度很大，机遇和挑战并存，需要长期持续攻关。     

国内外"冷聚变"研究进展

１９９９年３月６日～２０日，在“冷聚变”（常温核聚变）问世１０周年前夕，笔者应邀访问了美国华盛顿、麦迪孙、阿勃克基（Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ）、盐湖城和斯坦福研究所。此行的目的是了解在“冷聚变”１０周年之际的几件大事：（１）美国物理学会（ＡＰＳ）百年盛典上有一个“冷聚变”的分会；（２）美国国务院会议室将要召开一次有关能源的国际会议，其中有“冷聚变”的报告；（３）由联合国原子能机构（ＩＡＥＡ）协办的“国际聚变研究趋势研讨会”上有两个“冷聚变”的报告。作为报告人，笔者应邀出席了此研讨会，并在归途中顺访…     

我国激光惯性约束聚变实验研究进展

介绍国内自2000年以来的激光惯性聚变（inertial confrnementfusion,ICF）实验研究进展,主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光III原型装置上的实验作简要介绍。在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究,进行了系列综合和分解实验,获得的主要实验技术指标为：黑腔峰值辐射温度超过二百万度;辐射驱动DT聚变中子产额达10^8和辐射驱动压缩DD燃料密度超过10倍液氘密度;辐射不透明的样品温度接近100eV。在神光Ⅱ装置上得到这些结果表明国内在惯性约束聚变研究方面取得了显著的进步。随着神光Ⅲ原型装置建造的完成,2007年在该装置上进行了首轮物理实验,开展了黑腔物理和辐射内爆物理实验,首轮实验的成功说明神光Ⅲ原型装置已具备实验能力。     

中国磁约束聚变科学技术研究进展专题·编者按

<正>核聚变能安全、清洁、资源丰富.从20世纪60年代中期到70年代,聚变研究在世界主要大国兴起,并先后建造了多种类型的磁约束聚变装置,诸如托卡马克、磁镜、仿星器、箍缩类装置等,在这些装置上对高温等离子体问题开展了大量的研究,在磁约束聚变能科学技术快速发展的同时,极大地推动了等离子体物理学的发展.     

资讯 刊中刊

激光聚变研究三人组。发展清洁能源 在过去．激光聚变研究集中在核武器试验。近日．在哈威尔的奥尔德玛斯顿和卢瑟福一阿普尔顿实验室．无沦在英国及在美国的加利福尼亚州劳伦斯一利弗莫尔国家实验室表示．他们将合作开发激光核聚变作为一种清洁能源。     

激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

铝单丝在可调预脉冲作用下的Z箍缩动力学行为实验和数值模拟研究

为了研究预脉冲电流对Z箍缩内爆动力学行为的影响,本文首先基于双脉冲Z箍缩实验平台“秦-1”装置研究了铝单丝Z箍缩在不同预、主脉冲间隔下的内爆特性.铝丝在预脉冲作用下被加热汽化形成芯晕结构并膨胀,在主脉冲作用下发生雪耙特性的箍缩内爆,预脉冲作用下的晕等离子体对内爆行为有显著影响.其次,基于磁流体模型计算了预脉冲作用后的密度、温度、速度分布,以及进一步主脉冲作用后的内爆壳层参量分布.计算结果的边界轨迹与实验测量基本一致,预脉冲作用下的单丝Z箍缩动力学行为可以分为晕等离子体膨胀、晕等离子体内爆、晕与丝芯共同内爆、滞止辐射4个阶段,在这种雪耙内爆特性下,洛伦兹力对壳层外部的晕层做功,热压对壳层内部的未扰动等离子体做功,形成等离子体堆积.     

冷聚变研究现状和前景——兼评日本新氢能计划的下马

1989年3月弗莱希曼和庞斯（以下简称F—P）宣布在纽阴极电解重水系统中观测到在化学层次无法理解的超额热效应，当时称之为冷聚变。这一巨大发现本身和它所蕴含的能源价值在当时掀起一场世界范围内的冷聚变热，但时隔不久，由于很多实验室无法重复他们的实验，特别是美国能源部顾问委员会在对部分实验结果进行调查并公布了其持否定性倾向的报告后，冷聚变热迅速降温，冷聚变研究从此在经费和舆论上都遇到很大的压力。虽然如此，近年来的冷聚变研究仍在困难条件下取得重大突破，为了使读者对冷聚变有一个简明的印象，本文介绍近期内几个著名…     

刊中刊

1.《新科学家杂志》2011年9月激光聚变研究三人组,发展清洁能源在过去,激光聚变研究集中在核武器试验。近日,在哈威尔的奥尔德玛斯顿和卢瑟福-阿普尔顿实验室,无论在英国及在美国的加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室表示,他们将合作开发激光核聚变作为一种清洁能源。     

艰难的冷聚变

自1989年的冷聚变研究热降温以后,许多问题仍然悬而未决。对冷聚变是否存在,争论颇多。本文论述了冷聚变的研究历史及其坎坷经历。目前,仍有不少科学家在致力于揭开这个有争论的问题的谜底。     

用于神光II激光装置的X光针孔相机

研制了用于神光II激光装置的X光针孔相机。在神光II激光装置上,作为主要设备的X光针孔相机发挥了重要作用。对神光II激光装置惯性约束聚变(ICF)进行研究的X光针孔相机及利用该相机在ICF相关研究中获得典型的实验结果做了介绍。     

冷聚变的范式特征——一种科学哲学的视角

本文论述了冷聚变与热聚变范式特征的区别,说明冷聚变在科学上利用多尺度关联作用实现核反应,具有非线性、复杂性的特点;技术上具有小规模、分布式、弹性系统的特点,符合当代科学技术的发展方向.     

用于神光Ⅱ激光装置的X光针孔相机

研制了用于神光Ⅱ激光装置的X光针孔相机。在神光Ⅱ激光装置上,作为主要设备的X光针孔相机发挥了重要作用。对神光Ⅱ激光装置惯性约束聚变（ICF）进行研究的X光针孔相机及利用该相机在ICF相关研究中获得典型的实验结果做了介绍。     

中国核能科技“三步走”发展战略的思考

 核能作为中国的战略产业,通过坚持创新驱动战略,正在不断转型升级。聚焦于发电方向,中国推出自主三代压水堆技术,在快堆、高温气冷堆等具备第四代特征的核电技术方向实现突破,作为核心成员参加国际ITER 计划并顺利推进采购包计划,为“热堆-快堆-聚变堆”三步走奠定了坚实的基础。本文在总结阶段性核能产业科技发展基础上,提出了“十三五”乃至更长时期,落实“三步走”战略的发展趋势和技术方向,特别是对如何实现“热堆-快堆”第二步跨越、实现“快堆和聚变”第三步跨越进行了思考,并展望了未来核能科技发展的前景。