国光电气携手天府创新能源研究院,布局聚变裂变混合能源产业

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3月6日,国光电气在投资者互动平台回复,与天府创新能源研究院等股东共同出资成立先觉聚能科技(四川)有限公司,标志着国光电气在聚变裂变混合能源领域的战略布局迈出了重要一步。

眼查显示,先觉聚能股东方包括天府创新能源研究院、成都国光电气股份有限公司(简称“国光电气”)、深圳前海捷创资本管理有限公司(简称“捷创资本”)等等。据悉,国光电气持股7.5%,并拥有两个董事会席位,其中,国光电气董事长张亚担任先觉聚能董事长。

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一、基本概况

先觉聚能科技(四川)有限公司,定位为支撑天府创新能源研究院发展的市场化机构,将与天府创新能源研究院共同构建起“研究院+公司”相互支撑的聚变裂变混合能源事业核心组织架构。

天府创新能源研究院:2021年2月在成都设立的一家新型研发机构,以分步实现电磁驱动聚变裂变混合堆能源为目标,致力于聚集领域高端人才,发展创新能源技术,推动高新技术成果转化,支撑成渝综合性科学中心和西部(成都)科学城建设。

国光电气(股票代码:688776.SH):最早成立于1958年,是一家专注于核工业设备及部件研发制造的高新技术企业。国光电气深耕核能装备领域,长期参与国家级重大科技项目,为ITER项目配套了偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备、包层第一壁等关键设备。

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二、技术原理与优势

国内的聚变裂变混合堆概念,主要起源于彭先觉院士2008年提出的“Z-箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)”。Z-FFR的聚变功率大幅降低且中子更加富裕,有望综合解决聚变氚自持、高聚变增益、耐辐照损伤、裂变燃料增殖、超铀元素嬗变等关键科学问题和工程挑战。

1.技术原理

Z-FFR主要由Z箍缩驱动器、聚变靶与爆室、深次临界裂变包层等构成。

Z箍缩驱动器选择直线变压器(LTD)技术路线,采用“分而治之”的设计思想,合理降低了器件的功率要求。理论上,一种基本放电单元如果能够重频长寿命运行,且输出时间抖动满足波形叠加要求,就可以基于该基本放电单元并采用LTD电路拓扑结构建立任意规模的驱动器。Z箍缩驱动器产生约60MA的电流,电流上升前沿约为数百纳秒。电流沿Z轴方向流过薄金属套筒型负载,产生径向箍缩效应:强大的洛伦兹力驱动套筒以每秒数百千米的速度内爆,碰靶动能>10 MJ;套筒碰到靶外的能量转换层后产生强X射线辐射;X射线能量经黑腔均匀化形成近球对称的辐射场,在聚变靶丸的烧蚀层内形成高温和高压并对内部物质区进行压缩,从而创造出聚变点火及燃烧所需的环境条件。

Z箍缩驱动器能量充足、电能转换为碰靶动能的效率>10%、造价相对低廉、辐射能品质优良(辐射到聚变靶丸表面能量均匀度为1%~2%),相较激光器更适合用作惯性约束聚变能源。采用创新设计的“局部体点火靶”,单发聚变放能可达2000~3000MJ,若驱动器每10s放电1次,聚变功率可达200~300MW。聚变产生的高能中子在深次临界裂变包层内引发裂变反应,再将聚变能量放大10倍以上,即可实现1000MW以上的电能输出。

2.技术优势

Z-FFR有裂变包层的辅助,聚变部分只需达到QEng=1的水平即可实现聚变能源利用。聚变放能规模降低、高能中子辐照损伤减弱、氚初始投料量减少,提高了整体系统的经济性;裂变包层还提供富裕中子,在实现氚自持的同时可以显著提高铀资源利用率、减少高放射性废物产生量。考虑到聚变裂变结合会增加工程复杂度,Z-FFR采用天然铀或者压水堆乏燃料为燃料,借鉴成熟的压水堆技术并采用简化包层设计、延长换料周期、执行“简便干法”后处理等措施,更加利于工程实现。

Z-FFR大幅减少氚的用量(爆室中的氚仅为10毫克级),显著降低氚的泄露风险;裂变部分是固有安全的,在借鉴核工业的成熟经验后并不会增加放射性风险。此外,氘、氚聚变算不上终极能源,主要受制于可开采的锂资源量;如果采用铍增殖中子,还需考虑铍资源的限制。陆地上的锂资源可以供应数百年,陆地上的铀资源可以供应上千年。Z-FFR裂变放能是聚变放能的10倍以上,供能时间长达数千年,是人类未来理想的能源选择。更多Z-FFR的应用优势,请查阅:聚变能源研究态势及展望丨中国工程科学

三、他聚变裂变混合堆项目

2023年11月,江西省人民政府与中国核工业集团有限公司签订全面战略合作框架协议。江西联创光电超导应用有限公司和中核聚变(成都)设计研究院有限公司计划各自发挥技术优势,采用聚变裂变混合路线,拟在江西省联合建设可控核聚变项目,技术目标Q>30,实现连续发电功率100MW,工程总投资预计超过200亿元人民币。2024年6月,联创光电与中核集团就共同推进“星火一号”聚变-裂变混合示范堆的建设达成了初步合作意向。

除了中国以外,俄罗斯在聚变裂变混合能源路线上也有所布局。目前T-15MD托卡马克装置即混合能源中的聚变部分。

四、未来展望

未来,国电气将凭借自身在工程化、产业化生产方面的优势以及核聚变专用设备研发制造的深厚积累,深度参与聚变裂变混合能源新型技术的市场化应用,培育相关产业链,引领市场需求,并推动科技成果的转移转化与产业孵化。与此同时,国光电气也有望凭借本次合作进一步获得行业上下游战略合作机会,实现技术突破,形成重要知识产权布局。

参考链接:

  • https://cn.chinadaily.com.cn/a/202503/07/WS67caa1eda310510f19eea537.html