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氚自持燃料循环技术应用
2025/06/05·StepFun can make mistakes, check important info.
氚自持燃料循环的技术是否在磁约束和激光约束两种技术路线中都会应用到?

感谢您的问题。为了更全面地回答关于氚自持燃料循环技术在不同核聚变路线中的应用情况,我需要了解以下信息:

  1. 您是否需要了解氚自持燃料循环在两种技术路线中的具体实现方式差异,还是只需要确认其应用情况?

  2. 您对氚自持燃料循环技术的哪些方面特别感兴趣?例如:技术成熟度、经济性、安全性或其他特定方面?

  3. 您是从学术研究角度关注这个问题,还是从投资决策角度考虑?

1.既要了解两种技术路线中的具体实现方式差异,也要了解其实际应用情况。2.对技术成熟度和经济、安全性都要了解。3.还要了解哪些团队做的最领先,并指导投资决策。

我将为您提供关于氚自持燃料循环技术在磁约束和激光约束两种核聚变技术路线中的应用分析,包括:

  1. 两种技术路线中氚自持燃料循环的实现方式差异和应用情况
  2. 氚自持燃料循环技术的成熟度、经济性和安全性评估
  3. 目前在该领域处于领先地位的研究团队和企业
  4. 基于以上分析的投资决策建议

我将整合现有资料,为您提供全面而专业的分析报告,帮助您了解这一关键核聚变技术并指导相关投资决策。

Deep Research

问题拆解

  1. 调研可控核聚变的技术层面:
    • 梳理当前主流的工艺技术路线(磁约束:托卡马克、仿星器;惯性约束:激光约束等)。
    • 描述各技术路线的基本原理。
    • 评估各技术路线近5年的技术成熟程度。
    • 分析各技术路线的成本预算概况。
    • 详细对比国内外在惯性约束(激光约束)方面近5年的发展情况。
    • 深入研究氚自持燃料循环技术:
      • 在磁约束和激光约束路线中的实现方式差异。
      • 在两种路线中的实际应用情况。
      • 技术成熟度、经济性和安全性评估。
  2. 调研可控核聚变领域的创业公司:
    • 列出国内外相关创业公司。
    • 分析这些公司的技术团队来源。
    • 整理这些公司近5年获得的融资情况(重点关注种子轮和A轮)。
    • 识别在氚自持燃料循环技术领域领先的国内外研究团队和创业公司。
  3. 提供投资建议:
    • 分析在可控核聚变领域种子轮和A轮的投资机会。
    • 评估整机研发企业及产业链上下游相关企业(包括氚自持相关技术)的投资潜力。
    • 针对氚自持燃料循环技术的投资价值与风险进行分析。

行动计划

  1. 信息收集与初步分析阶段:

    • 调研主流技术路线的基础信息: 明确磁约束(托卡马克、仿星器)和惯性约束(激光约束)等技术路线的基本原理和关键挑战。
      • 信息源:国际原子能机构(IAEA)官网,世界核新闻(WNN),Nature/Science等学术期刊,各国官方科研机构网站(如美国能源部DOE,中国科学院等离子体物理研究所,英国原子能管理局UKAEA)。
    • 评估技术成熟度与成本(近5年): 收集各技术路线近5年的重大突破、实验进展、成本数据及发展规划。
      • 信息源:ITER官网,主要国家实验室(如LLNL, Sandia, 中国工程物理研究院)的报告和新闻,专业科技媒体,行业分析报告。
    • 对比惯性约束(激光约束)国内外发展(近5年): 重点收集中国、美国等在激光约束领域的最新成果、设施、投入及关键技术指标。
      • 信息源:上述国家实验室官网,学术会议论文集(如ICF, CLEO),专业期刊(如Nuclear Fusion, Physics of Plasmas)。
    • 专项研究氚自持燃料循环技术: 调研其基本原理,在磁约束和惯性约束中的实现方式、应用情况、成熟度、经济性、安全性,并对比差异。
      • 信息源:IAEA关于聚变燃料循环的报告,Nuclear Fusion等专业期刊,ITER及各国主要聚变研究机构(如UKAEA的STEP计划,加拿大核实验室CNL,日本QST/NIFS)关于氚工厂和增殖包层的研究,相关学术会议论文(如SOFT, TOFE, ISFNT)。
    • 搜集与筛选创业公司信息: 列出国内外可控核聚变(包括氚自持技术)领域的创业公司,特别是近5年活跃的公司。
      • 信息源:Crunchbase, PitchBook, CB Insights, IT桔子, 36氪等投融资平台,科技新闻,行业协会名录(如Fusion Industry Association - FIA)。
    • 调研创业公司技术团队与融资: 分析核心团队背景,收集近5年种子轮和A轮融资信息,识别氚自持技术领先团队。
      • 信息源:公司官网,LinkedIn,投融资数据库,新闻报道,科研机构官网,专利数据库。
  2. 信息整合与报告撰写阶段:

    • 撰写技术层面分析: 阐述各技术路线原理、成熟度、成本,对比激光约束国内外发展,并专门分析氚自持燃料循环技术。
    • 撰写创业公司分析: 整理国内外代表性创业公司(含氚自持领域)的技术路线、团队、融资和商业化路径。
    • 撰写投资建议: 分析种子轮/A轮投资机会(含整机与上下游,特别是氚自持技术),评估关键要素与风险。
    • 报告整体架构与图文优化: 撰写引言、结论,设计必要的图表(技术路线图、融资图、产业链图、氚循环示意图等),确保报告在10页以内,简明扼要。
  3. 审核与定稿阶段:

    • 内部审核与修改: 检查报告内容的准确性、时效性、逻辑性和清晰度。
    • 最终报告生成: 完成修改,形成最终研究报告。
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氚自持燃料循环 磁约束 惯性约束 技术差异 成熟度 经济性 安全性
雪球
3.氚燃料自持技术:氚在地球上储量极少,需通过增殖包层实现燃料循环,目前尚未成熟。可控核聚变正处于从“科学奇迹”向“工程奇迹”跨越的关键期。尽管商业化仍需20-30年,但超导材料、关键部件等细分领域已进入价值释放前夜。A股相关投资短期看催化,长期看技术落地。需警惕脱离基本面的炒作,重点关注两类机会:一是直接参与国际国内重大项目的硬科技企业,二是高温超导、抗辐照材料等颠覆性技术的先行者...
知乎
前面介绍过我国托卡马克核聚变的新进展,今天咱要来聊聊核聚变这个超级酷炫的高科技领域,中美二国各自的主攻方向和进度。话说在核聚变的舞台上,美国有个超厉害的家伙叫国家点火设施(NIF),而咱们中国呢
今日头条
核聚变能源是未来能源发展的重要方向之一,而实现核聚变的方法主要有激光惯性约束和磁约束两种。本文将详细介绍这两种方法的原理、优缺点以及目前的研究成果,并进行对比分析。磁约束核聚变 一、激光惯性约束 激光惯性约束是一种利用超强激光束对靶材料进行瞬间加热和压缩,使其达到高温高压状态,从而实现核聚变反应的方法。该方法的优点是可以在较短时间内产生大量的能量...磁约束聚变的目标是通过低密度长时间燃烧的方式实现氘...
网易
更令人振奋的是,四川科研团队同期攻克聚变堆“燃料棒”技术,成功实现氚增殖剂正硅酸锂小球与中子倍增剂铍小球的工程化生产,这意味着未来聚变电站所需的氚燃料将实现自持循环,彻底打破“燃料卡脖子”困境。对比国际技术格局,美国国家点火装置(NIF)虽在2024年通过激光惯性约束实现净能量增益,但每次实验间隔需数周且能量转化效率不足1%,而中国的磁约束技术已实...
搜狗百科
惯性约束聚变是一种可控热核聚变。如果每秒钟以5~6发的重复频率打这种靶丸,那么聚变产物携带的能量可以作为蒸汽热循环的热源,驱动一台产生1GW电力的聚变反应堆。因此,将来可以利用一系列的可控的微型热核爆炸,建造驱动源干净、安全的理想聚变电站。4 惯性约束聚变靶丸 惯性约束聚变中包容氘氚(DT)热核燃料的微型小球。基本结构为外面一层固体外壳,由玻璃、金属或塑料组成,作为烧蚀层和推进层;里...
中国知网
聚变 氚 燃料循环 问题 思考 【摘要】:聚变能源是以氘氚聚变反应为基础的一种新型、清洁、可持续能源。由于氘在自然界大量存在,可以认为"用之不竭;而氚则需要通过中子辐照锂-6而产生。无论是磁约束聚变堆还是惯性约束聚变堆,甚至是聚变-裂变混合堆,为了维持聚变能源的氘氚燃料循环,其实质就是要满足氚的"自持。报告将围绕ITER,CFETR,Z-FFR等所面临的氘氚...
上海东方财富证券投资咨询有限公司
引力场、惯性力场、磁场以及多种力. 场组合等约束方式,从理论层面而言,均具备约束聚变燃料并实现热核. 聚变反应的潜力。然而,相较于磁场约束技术,其他约束 ...
engineering.org.cn
本文总结了聚变能源研究的主要进展,凝练了能量平衡尚未实现、氚自持尚未得到验证、实现高可利用率难度极高、耐辐照材料开发进展缓慢、使用经济性普遍较差等发展挑战。在 ...
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氚自持燃料循环技术 磁约束 惯性约束 实现方式 技术成熟度 领先团队 英国UKAEA LIBRTI
今日头条
材料与工程难题*:聚变堆需承受极端温度(超1亿摄氏度)、中子辐照和氚自持循环。目前耐辐照材料和氚燃料生产技术尚未成熟。高频次点火与稳定性*:惯性约束聚变需每秒多次点燃靶丸,而现有激光技术难以满足;磁约束则需维持等离子体稳态数小时以上。3.*商业化时间预测* 中核集团专家段旭如预测,*2050年左右*有望实现核聚变能源的初步应用。中信证券等机构认为,*2030年代*可...
澎湃新闻
惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)是利用激光或激光产生的 X 射线作驱动源,均匀地加热装填氘氚(DT)燃料的微型球状靶丸外壳表面,形成高温高压等离子体并向外喷射,产生反冲压力,快速地向内压缩靶丸未加热的部分,使DT主燃料层密度达到每立方厘米几百克质量,并在DT燃料芯部形成高温高密度热斑,点燃聚变反应。燃烧从中心向外迅速地在被压缩的主燃料层中传播,靶丸自身的<...
国家核安全局
磁约束核聚变通过加热等外部手段将燃料温度提升,极高的温度使得燃料完全电离形成等离子体,采用特殊结构的磁场形式把燃料离子和大量自由电子组成的处于热核反应状态的高温等离子体约束在有限的体积内,使之受到控制地发生核聚变反应,并在此过程中释放出能量。增强磁场可以大幅度地减小带电粒子横越磁力线的扩散和导热特性,使处于磁场中的高温等离子体与反应容器的壁面隔开,从而保护壁面不受高温侵袭。轻原子核在一定条件下可以发生聚合反应,并在反应...
个人图书馆
组成聚变等离子体的电子、燃料的离子及非燃料元素的离子(杂质),以及它们携有的能量,可以通过多种物理过程从约束区域流失。这些过程包括粒子轨道与器壁相交引起的直接损失,由粒子间碰撞及粒子群集体相互作用引起的扩散和热传导,各种辐射损失等。氘、氚等较轻的原子核聚合成较重的原子核时,会释放大量核能,但这种聚变反应只能在极高温下进行,任何固体材料都将熔毁。因此,需要用特殊形态的磁场把由氘、氚等原子核及自由电子组成的一定密度的 高温...
个人图书馆
自持加热示意图 惯性约束的能量描述是这样的:激光能量Q1,燃料胶囊的接收能量Q2,以及DT内爆热点的接收能量Q3,内爆热点的输出能量是Q4。国家点火装置定义的节点是:Q4/Q1大于1。而目前实现达到的是:Q4/Q1达到0.75。但是此次内爆的Q4/Q3达到50倍;Q4/Q2也达到6倍。也就是说惯性约束的内爆热点已经实现了自持燃烧。这是历史上的第一次。六>国家点火装置:此次进展的...

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氚自持燃料循环 增殖包层 英国UKAEA LIBRTI 中国 技术领先团队 经济性
搜狐网
根据包层中填充的氚增殖剂的形态不同,可以将氚增殖包层分为液态包层和固态包层两种类型。液态增殖材料主要是指液态金属锂或锂的合金,例如锂铅合金(Li 17 Pb 83)、锂锡合金(Li 25 Sn 75)和氟锂铍熔盐(Li 2 BeF 2)等。液态增殖材料具有以下优势: 1)由于其具有流动性,因此便于换料,使得包层结构相对简单,更便于设计和建造;2)热导性好,并且锂含量...
forensicrti.org
The Center for Forensic Sciences leads programs that continuously improving the current state of forensic science and its application to public health and safety and the criminal justice system. Vision The RTI Center for Forensic Sciences focuses on contin...
品生医疗
国际领先技术平台 一流技术开发能力 qULTRA ®—打造完全自主知识产权的高通量临床组学分析平台!qULTRA ® 精准组学平台:Unbiased-Larger scale-Translational-Rapid-Automatic Quantification Omics platform 品生医疗自主研发创建的qULTRA精准组学平台,是目前国际领先的临床蛋白质组学、代谢组学研究平台,遵从临床诊断的真实需求和临床检验的原则,可实现靶向及非靶向临床组...
个人图书馆
当前多数FPP设计依赖D-T反应,其能量产出效率高,但必须通过“氚增殖包层”技术在反应堆内部再生氚,以避免外部供给依赖。尽管理论模型预测FLiBe(氟锂铍)包层可实现氚自持(TBR>1),但缺乏实验验证。此前研究多依赖低能中子()模拟,与聚变堆中14 MeV高能中子环境差异显著。ITER和DEMO的实验包层模块(TBM)虽开展了中子辐照实验,但受限于中子通量(×10⁸n/cm²・s)和规模,难以...
nengyuanjie.net
“CFETR增殖包层氚提取与测量工程技术研究”项目(下简称“项目三”),主要针对氚工厂外燃料循环,以产氚、提氚、氚分离与测量等为核心发展工程工艺,建立了百居里级反应堆在线产氚实验平台、两种概念的增殖包层缩比模块中子学平台以及1:1规模的CFETR增殖包层氚提取与氢同位素分离演示平台等三大平台。自2018年两大项目分别启动以来,项目...
m.bilibili.com
核聚变,托卡马克,CFS,MIT,SPARC,ARC,高温超导,HTS,VIPER,REBCO,20特斯拉,D形磁体,磁场约束,等离子体,氘氚反应,清洁能源,零碳排放,磁场强度,四次方律,商业化,弗吉尼亚,马萨诸塞,Devens,实验堆,超导带,磁场系统,冷却系统,能量控制,诊断系统,模块化设计,比尔盖茨投资,Google投资,Eni能源,创业公司,能源革命,科技突破,工程创新,可控核聚变,人造太阳,能源未来,电力供应,数据中心,工业园区,净能量输出,Q值大于1,氦灰,燃料循环
ccnta.cn
LIBRTI计划通过在聚变反应周围的含锂包层中生成(或“增殖”)氚来解决这一问题。这种增殖包层将执行多项任务,包括氚生产、吸热以及充当屏蔽,以保护机器的组件 ...

现在我需要搜索更多关于英国UKAEA的LIBRTI计划的信息,以及中国在氚自持领域的领先团队。

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英国UKAEA LIBRTI 氚自持 增殖包层 中国 CFETR 氚工厂 领先团队
keyence.com.cn
Datasheet(CA-CH10BP) 如需下载专业资料・文件,请在下方注册/登录 手机号 Email地址 请输入您的手机号 如果您已经是网站会员,请输入您注册时的手机号码。如果您尚未注册,请在下面注册您的详细信息。如果您居住在中国大陆以外地区,请使用Email地址注册。Email方式注册」 手机号(必填)
腾讯
根据 Abdou 的计算,一个产生3 GW电力的商业聚变工厂每年将燃烧167公斤氚—这是数百个 CANDU 反应堆的供应量。英国的一个小型聚变反应堆,摄像机捕捉到了等离子体的湍流爆发。图源:英国原子能局 另一个潜在的问题是:如果实践中的氚增殖的效率不太够,那即便是DT反应堆能够启动也无法持续。增殖的挑战在于聚变不会产生足够的中子,这与裂变不同,裂变中的链式反应释放出指数级增长的数量。在聚变中,每个 D...
搜狐网
2024年9月,美国核管会、英国核管理办公室和加拿大核安全委员会联合发布《在核应用中开发人工智能系统的考虑因素》报告,概述了核能领域部署和管理人工智能系统的潜在要求,指出核工业和监管机构在人工智能系统方面的首要目标是在从其部署中获益的同时,确保核安全和核安保。0 5 法国明确未来核电发展的九个行动项 2024年11月4日,法国政府公布新版《国家低碳战略》和《多年期能源规划》草案,启动为期六周的公众咨询。新版文件标志着法国政府核能政策的重大转向,强调在保持现有核电机组运行的同时推进新机组建设...
铁合金在线
但直到1766年,氢才被英国科学家卡文迪许(Henry Cavendish)确定为化学元素,当时称为可燃空气,并证明它在空气中燃烧生成水。(一说:1783年)1787年法国化学家拉瓦 锡(Antoine Lavoisier)证明氢是一种单质并给它命名。希腊语 hudôr(水)gennen(造成),意即“产生水”的物质。中文原称“氢气”为“轻气”,“氢”属尔后新造之形声字。日语循希腊语原义,称为“水素”. 在地球上和地球大气中只存在极稀少的游离状态氢。在地壳里,如果按重量计算,氢只占总重量的...
今日头条
这些文件的来源包括美国国家安全局、隶属于美国国防部的国家地理空间情报局,而且该文件只限“五眼联盟”,即美国、英国、加拿大、澳大利亚、新西兰五国查看。这虽然不是美国第一次发生泄密事件,但这次泄密文件里的一句话引起外界注意—“美国没有看到以色列计划使用核武器的迹象”。对于这句话,美国有线电视新闻网报道称,这等于暗示以色列实际上拥有核武器。前不久,以色列耶路撒冷事务和遗产部长埃利亚胡11月3日在接受采访时表示,在加沙地带投放核武器是“一种选择”。这一惊人言论引发外界对以色列核武库以及使用政策的关...
北极星电力网
据ukaea氚燃料循环负责人sarah clark介绍称,这种钻石电池是一种新兴技术,使用人造 金刚石 包裹少量的碳-14制成,它能够以一种安全、可持续的方式来提供持续的兆瓦级电力(microwatt levels 钻石电池 电池材料 碳14 内蒙古印发未来产业创新发展实施方案 类别:其他 来源:内蒙古太阳能行业协会 2024-11-11 16:46:53 支持呼和浩特、包头等有条件地区引进半导体材料龙头企业,加快高纯碳化硅、氮化镓、金刚石、氧化镓、锑化物及锗化物等更优性能半导体材料生产工...
cnblogs.com
英国神经科学家兼作家米图·斯托罗尼表示,蓝斑能够根据特定的脑 itwriter 发布于 2025-04-11 09:28 评论(0)阅读(74) 0 联发科发布天玑 9400+移动平台:X925 核心提频,AI 体验再升级 4 月 11 日消息,联发科北京时间昨日 19:00 正式发布了天玑 9400+旗舰 5G 智能体 AI 芯片。这一天玑旗舰家族的新成员在天玑 9400 的基础上提升了 Cortex-X925 超大核的频率,同时可提供更强大的端侧 AI 算力支持。该处理器在 CPU、G...
keyence.com.cn
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已掌握的信息

  1. 主流技术路线与原理:已明确可控核聚变主要有磁约束(托卡马克、仿星器)和惯性约束(激光约束)两大技术方向,并了解其基本工作原理。
  2. 技术成熟度与进展:磁约束的托卡马克技术相对成熟,中国EAST和环流三号以及国际ITER是代表。惯性约束的美国NIF装置已实现能量净增益,中国有神光系列装置。高温超导材料的突破为托卡马克装置的小型化和降本带来希望。氚自持燃料循环是实现商业化的关键技术瓶颈之一,目前尚未完全成熟。
  3. 成本预算概况:大型实验装置如ITER成本极高。商业公司对未来聚变电站的度电成本有乐观预期。托卡马克装置的建设成本预计在百亿人民币级别,其中磁体系统占比较大。
  4. 惯性约束(激光约束)国内外发展:美国NIF在激光聚变领域领先,实现了能量净增益。中国神光系列装置也取得重要进展,但在总能量和激光束数量上与NIF尚有差距。
  5. 国内外创业公司及融资:已识别多家国内外主要创业公司(如CFS、Helion、能量奇点、星环聚能、聚变新能、翌曦科技等),了解其技术路线、主要技术团队来源(多为顶尖科研机构孵化)以及近5年的融资情况(种子轮和A轮融资活跃,获得了知名VC和产业资本的投入)。
  6. 氚自持燃料循环初步信息:了解到氚在自然界储量稀少,聚变堆需要通过增殖包层(利用锂与中子反应)来实现氚的自持。英国UKAEA的LIBRTI计划和中国针对CFETR的氚工厂及增殖包层研究是该领域的重要项目。磁约束和惯性约束路线均需解决氚自持问题,但磁约束方面的研究更为深入。

下一步行动计划

  1. 深化氚自持燃料循环技术研究

    • 详细调研在磁约束(托卡马克、仿星器)和惯性约束(激光约束)两种技术路线中,氚增殖包层(Breeding Blanket)的具体设计方案(如液态锂、固态锂基陶瓷等)、氚提取与纯化工艺、以及整个燃料循环系统的构建方式,并对比分析它们之间的关键差异。
    • 评估不同氚自持技术方案的技术成熟度(例如TRL水平)、预期的经济性(包括材料成本、系统复杂性、运行维护成本等对整体电站经济性的影响)以及相关的安全问题(如氚的渗透、滞留、放射性管理等)。
    • 信息源:国际原子能机构(IAEA)关于聚变燃料循环和增殖包层的专题报告和数据库,主要聚变研究机构(如ITER、UKAEA Culham Centre for Fusion Energy - CCFE,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所,美国Princeton Plasma Physics Laboratory - PPPL,德国Max Planck Institute for Plasma Physics - IPP)的出版物和项目进展,专业期刊(如 Fusion Engineering and Design, Nuclear Fusion),相关国际会议(如Symposium on Fusion Technology - SOFT, International Symposium on Fusion Nuclear Technology - ISFNT)的论文集。
  2. 识别氚自持技术领域的领先团队与公司

    • 在全球范围内,进一步识别在氚增殖材料、包层设计与制造、氚提取与处理技术、燃料循环系统集成等方面具有领先技术优势的科研团队(大学和国家实验室)和商业公司(包括初创公司和已具规模的企业)。
    • 分析这些领先团队/公司的核心技术、专利布局、已取得的实验成果以及未来的研发和商业化计划。
    • 信息源:上述科研机构和公司的官方网站、研究报告、新闻发布,专利数据库(如Google Patents, Espacenet),行业协会(如Fusion Industry Association)的成员名录和报告,科技和商业媒体的深度报道。
  3. 整合信息并完善投资建议

    • 结合已收集的关于整体可控核聚变技术路线、创业公司和融资情况的信息,以及新获取的关于氚自持技术的详细信息,综合评估不同技术路线和相关公司的投资价值。
    • 针对氚自持燃料循环这一关键瓶颈技术,分析其上下游产业链(如锂资源、特种结构材料、分离膜技术、监测与控制系统等)的投资机会,并评估相关初创公司在种子轮和A轮的投资潜力与风险。
    • 最终形成针对可控核聚变领域(特别是关注氚自持技术)的、简明扼要且图文并茂的投资建议,突出技术壁垒、市场前景、团队能力和潜在回报。

氚自持燃料循环技术在磁约束和惯性约束核聚变中的应用分析

一、氚自持燃料循环的基本概念与重要性

氚自持燃料循环是可控核聚变能源商业化的关键技术之一。在氘氚(D-T)聚变反应中,氚作为关键燃料,在自然界中储量极少,半衰期仅为12.43年,因此必须通过技术手段在反应堆内部再生产氚,以实现燃料的自给自搜狐网

氚自持的基本原理是利用聚变反应产生的高能中子(14.1 MeV)与锂原子核反应,通过以下两个主要反应路径产生氚:

  • n + 6Li → T + 4He + 4.78 MeV
  • n + 7Li → T + He + n - 2.47 MeV

这一过程需要在反应堆中设计特殊的"氚增殖包层"(Tritium Breeding Blanket),使聚变产生的中子与包层中的锂材料反应,从而实现氚的自持循环。

二、氚自持技术在两种技术路线中的共同需求

无论是磁约束核聚变还是惯性约束核聚变,只要采用氘氚(D-T)作为燃料,都必须解决氚自持问engineering.org.cn。这是因为:

  1. 燃料稀缺性:全球氚储量有限,目前主要来源是加拿大的CANDU重水堆,但这些反应堆中的一半将在2030年前退役,而商业聚变电站的氚需求量巨雪球

  2. 技术可行性:为了维持聚变能源的氘氚燃料循环,其实质就是要满足氚的"自持",这一点对两种技术路线都是必要的。

  3. 经济性考量:氚价格昂贵(约3万美元/克),若不能实现自持,将极大增加聚变发电的成本,影响商业化可行今日头条

三、两种技术路线中氚自持技术的实现方式差异

1. 磁约束核聚变中的氚自持技术

磁约束核聚变(如托卡马克和仿星器)采用持续、稳态的运行模式,其氚自持技术具有以下特点:

  • 包层设计:通常采用环绕在托卡马克真空室外的完整包层结构,位于真空室内第一壁与屏蔽层之间。

  • 增殖材料选择:根据包层中填充的氚增殖剂形态不同,可分为液态包层和固态包层:

    • 液态增殖材料:如液态金属锂、锂铅合金(Li17Pb83)、锂锡合金(Li25Sn75)和氟锂铍熔盐(Li2BeF2)等
    • 固态增殖材料:如锂基陶瓷材料
  • 中子增殖:为提高包层内高能中子的利用效率,通常在氚增殖区中设置含有铍或铅的中子增殖材料,通过中子倍增反应增加中子数量。

  • 氚提取系统:磁约束聚变堆需要连续稳定地提取和循环氚燃料,中国的CFETR(中国聚变工程实验堆)项目已建立了1:1规模的增殖包层氚提取与氢同位素分离演示平台,实现了99.92%的氚提取效nengyuanjie.net

2. 惯性约束核聚变中的氚自持技术

惯性约束核聚变(如激光驱动)采用脉冲式运行模式,其氚自持技术有所不同:

  • 反应室设计:通常在反应室内壁设计增殖包层,用于捕获每次微爆产生的中子。

  • 运行特点:惯性约束聚变是通过等离子体自身的惯性作用约束而实现的,约束时间尺度较短,但形成的等离子体具有较高的温度和密国家核安全局

  • 燃料循环挑战:由于是脉冲式运行,需要处理间歇性产生的氚,并且每次微爆后需要及时清除反应产物,为下一次脉冲做准备。

  • 内爆效率影响:在美国国家点火装置(NIF)的实验中,内爆热点的能量输出与输入比达到50倍,表明惯性约束的内爆热点已实现自持燃烧,这对氚燃料循环的效率有重要影响。

四、两种技术路线氚自持技术的成熟度对比

1. 磁约束路线

磁约束路线的氚自持技术研究相对更为充分:

  • 工程验证:中国已建立了氚工厂工艺演示系统,这是国际上首个以验证氚自持为目标的包含内外燃料循环的1/16缩比氚工厂工艺演示系统。

  • 技术指标:中国的氚工厂工艺演示系统已实现克量级氚循环演示试验,氚回收率达到99.7%。

  • 国际合作:国际热核聚变实验堆(ITER)和中国聚变工程实验堆(CFETR)等大型项目都将验证氚自持技术作为关键目标之一。

2. 惯性约束路线

惯性约束路线的氚自持技术研究相对滞后:

  • 研究局限:由于惯性约束聚变的相关技术通常与国防军工紧密相连,很多相关研究并未公知乎

  • 技术挑战:惯性约束需要每秒多次点燃靶丸才能实现连续发电,现有激光技术难以满足这一需求,这也给氚自持循环系统带来挑战。

  • 商业化前景:美国国家点火装置(NIF)的激光惯性约束技术并不适合用于发电,更多地是用于武器研究和军事用途,这限制了其氚自持技术的商业化应用。

五、氚自持技术的最新研究进展

1. 国际研究进展

  • 英国UKAEA的LIBRTI计划:英国原子能管理局(UKAEA)推出了耗资2亿英镑的锂增殖氚创新(LIBRTI)计划,旨在展示可控氚增ccnta.cn。该计划通过在聚变反应周围的含锂包层中生成氚,解决氚供应问题。

  • MIT的BABY实验:麻省理工学院的等离子体科学与聚变中心(PSFC)首次在熔盐中实现氚增殖比(TBR)的直接测量,揭示了氚增殖与传输的关键机个人图书馆。尽管理论模型预测FLiBe(氟锂铍)包层可实现氚自持(TBR>1),但实验测得的TBR仅为3.57×10^-4,远低于商用聚变电站需求。

2. 中国研究进展

  • CFETR氚工厂系统:中国核工业集团(中核集团)牵头承担的"CFETR氚工厂系统总体设计技术研究"和"CFETR增殖包层氚提取与测量工程技术研究"项目取得重大进展。

  • 关键技术指标:中国已建立百居里级反应堆在线产氚实验平台、两种概念的增殖包层缩比模块中子学平台以及1:1规模的CFETR增殖包层氚提取与氢同位素分离演示平台。

  • 环流三号突破:中国环流三号(HL-2M)实现了"双亿度"(原子核1.17亿度、电子1.6亿度)运行,同期攻克聚变堆"燃料棒"技术,实现氚增殖剂正硅酸锂小球与中子倍增剂铍小球的工程化生产。

六、氚自持技术面临的挑战与解决方案

1. 共同面临的挑战

两种技术路线在氚自持方面都面临以下挑战:

  • 增殖比不足:根据计算机模拟,在最好情况下,发电反应堆只能产生比其自身燃料所需略多一点的氚,如果考虑到泄露和停机维护,这多出来的一点点也难以收集到。

  • 材料损伤:高能中子辐照会导致材料性能退化,影响增殖包层的长期稳定运行。

  • 氚渗透与安全:氚是放射性物质,极易渗透通过金属,需要特殊的包容和安全措施。

2. 解决方案与研究方向

  • 新型材料研发:开发耐辐照、高增殖效率的新型锂基材料。

  • 系统集成优化:提高氚提取、纯化和循环系统的效率,减少氚损失。

  • 数字模拟技术:利用先进的计算机模拟技术优化增殖包层设计,提高氚增殖比。

七、结论与投资建议

氚自持燃料循环技术确实在磁约束和惯性约束两种核聚变技术路线中都需要应用,但两者在实现方式、技术成熟度和商业化前景上存在显著差异。

对于投资者而言,可以考虑以下几点:

  1. 技术路线选择:磁约束路线(特别是托卡马克)的氚自持技术研究更为深入,商业化前景更加明确。

  2. 关注领先团队:中国的中核集团、中科院等离子体物理研究所,英国的UKAEA,美国的ITER团队等在氚自持技术方面处于领先地位。

  3. 产业链投资机会:锂资源、特种结构材料、氚提取与纯化技术、监测与控制系统等上下游产业链环节都存在投资机会。

  4. 时间周期预期:氚自持技术的完全成熟和商业化可能需要10-20年时间,投资者需要有足够的耐心。

总之,氚自持燃料循环技术是可控核聚变走向商业化的关键环节,无论哪种技术路线,都必须解决这一问题。目前磁约束路线在氚自持技术方面的研究更为深入,但两种路线都需要进一步的技术突破才能实现真正的商业化应用。

Key references