电磁驱动聚变大科学装置项目拟选址在四川成渝（兴隆湖）综合性科学中心

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aoitsukasa2me 发表于 2022-10-1 00:31
9 H& c7 c8 {; h% m+ V/ \7 c) J$ m2018重要旧闻-走近世界一流水平的超高功率脉冲强流加速器聚龙一号装置(节选)原创 陈襄荥 姜洋     来源： ...

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2023.3.28-投身核能报国家 开创核能新未来

——记中国核能专家彭先觉院士（节选）

发布时间：2023-03-28 11:13:19     来源：中国网

相关链接：http://guoqing.china.com.cn/2023-03/28/content_85196062.htm

       彭先觉说，当今世界面临着严重的能源、环境、气候问题，最根本的原因就是过度地依赖化石能源。而化石能源是有限的，百年之后又将面临枯竭，人类迫切地需要新的替代能源。针对于此，基于其在核 武 器、聚变及裂变能源、Z箍缩等诸多方面长期积累的知识和探索研究获得的成果，2008年他提出了把Z箍缩聚变和裂变巧妙结合在一起的全新概念的核能源方案，即“Z－箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z－FFR）”，这个设计方案主要包含3个部分：①Z－箍缩驱动器、②聚变靶及爆室、③深次临界能源堆，其中，②聚变靶和③深次临界能源堆属重大原始创新。到2016年底，他的研究团队已对Z－FFR所涉及的各个方面，进行了非常深入的理论 、设计和部分分解实验研究，完善了设计方案，重要的是并未发现方案在物理、技术、工程、材料等诸方面有不可逾越的障碍。该方案利用新的聚变靶设计，在大幅降低驱动器能量的条件下，仍然能放出GJ以上的聚变能，这就为Z箍缩驱动器的工程应用可行性创造了条件；深次临界能源堆对聚变能的放大作用（20倍左右），可大幅度降低对聚变中子源强度的要求，又为聚变技术应用于能源的可行性创造了条件；而大量聚变中子的加入，又为改进或去除裂变堆的缺点提供了可能。据彭先觉介绍，“Z－FFR充分体现了聚变和裂变优势互补的特点，大大提高了核能的安全性，没有临界安全问题，也完全避免了余热安全问题；提升了经济性，100万千瓦堆建造成本预计在30亿美元；增加了持久性，铀、钍资源利用率可达90％以上，可为人类供能数千年；体现了环境友好性，核废料很少，易处置，因而它是具有极强竞争力的未来能源。”这个极富创新性的概念得到业内越来越多专家的认同。2021年，该项目获国家发改委认可，并把建50MA电磁驱动大科学装置验证聚变，列入了国家“十四五”规划。
       基于项目的特点和重要意义，彭先觉团队提出了研究发展路线图：2028年前是关键技术攻关阶段，希望建成50兆安左右的驱动器以验证聚变；2028年到2035年为技术集成和功能演示阶段；力争2040年左右实现Z－箍缩驱动聚变裂变混合堆的商业应用。届时，这个系统可以较快成为未来基荷能源的主力，并为人类一揽子解决能源、环境、气候问题做出重要贡献。
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aoitsukasa2me 发表于 2022-4-18 10:18
2 d) C) s  [8 W$ }; [2 D4 M0 y自主研发聚变裂变混合堆进入关键阶段 时间：2017-12-18 16:30     来源：科技日报https://www.sohu.com/a/ ...

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aoitsukasa2me 发表于 2022-4-18 10:18
! ^. q& c2 q% a: B! B7 [自主研发聚变裂变混合堆进入关键阶段 时间：2017-12-18 16:30     来源：科技日报https://www.sohu.com/a/ ...

国内Z箍缩驱动聚变裂变混合能源堆（Z-FFR）等项目

       中国工程物理研究院从2000年便注意到了Z箍缩研究的重要意义，开始了研究。2008年秋，彭先觉提出了Z箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)的概念。到2016年底，团队已对Z-FFR所涉及的各个方面，进行了非常深入的理论 、设计和部分分解实验研究，完善了设计方案；将建成50兆安Z-箍缩驱动器实验装置，以此验证聚变和次临界堆关键技术；在此基础上，将有可能建成百万千瓦级工程演示混合堆。
       Z-FRR兼顾现有技术基础、先进性、工程可行性和经济性等，形成了具备重复工作潜力和能量转换效率较高的①快脉冲LTD驱动源、②72路并联汇流的电磁驱动聚变大科学装置的技术方案。
# a1 `: W) L2 ~+ i' V/ C$ K2 O       由国家发改委立项，建设电磁驱动聚变大科学装置基础设施，为Z-FFR迈出关键的第一步。建设地址在成都天府新区科学城，总建筑面积54200平方米，项目总投资约50亿。该装置由中国工程物理研究院承担研制，主要用于验证Z箍缩局部点火聚变可行性。
       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（核工业西南物理研究院）有限公司计划各自发挥技术优势，采用全新技术路线，联合建设聚变-裂变混合实验堆项目，技术目标Q值大于30，实现连续发电功率100MW，该项目拟落户江西省，工程总投资预计超过200亿元人民币。
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图：Z箍缩驱动聚变裂变混合堆能源两步走发展规划

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图：电磁驱动聚变大科学装置园区总体布局设计图

资料来源：江西省电子集团，核工业西南物理研究院，四川省发展和改革委员会，方正证券研究所

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aoitsukasa2me 发表于 2022-4-18 10:18
0 s9 Q/ e2 H  F5 e5 @2 _1 A  z自主研发聚变裂变混合堆进入关键阶段 时间：2017-12-18 16:30     来源：科技日报https://www.sohu.com/a/ ...

统筹推进电磁驱动聚变裂变混合能源事业

* F1 C; L- i8 t2 n4 r7 f       2023年，天府创新能源研究院基于电磁驱动聚变裂变混合堆能源（简称“Z-FFR”）阶段目标，一是按照国家发展改革委、四川省发展改革委的总体要求，与中国工程物理研究院流体物理研究所共同推进十四五国家重大科技基础设施“电磁驱动聚变大科学装置”项目可行性研究深化论证工作，部分达到初步设计深度，解决了土地、地方出资证明等前置要件问题，完成了新版可研报告编制，即将进入中咨公司评估环节；二是完成了电磁驱动聚变大科学装置地方配套项目可行性研究深化论证以及新版可研报告编制工作，协同配合主体项目各项工作与安排，确保高质高效完成电磁驱动聚变大科学装置建设任务；三是院长彭先觉院士带领团队，以瞄准实现聚变能源商用为出发点，抱着对国家高度负责任的态度，主动深入参与国家组织的聚变能源产业化咨询及规划论证工作，推动Z-FFR产业化获得国家支持，并取得了阶段性进展，为我国可控核聚变科技事业高质量发展贡献了重要力量，获得了国家部委的高度认可和好评；四是积极与国内同行广泛交流，相互借鉴，相互促进，同时与有关企业洽谈投资合作，多措并举探索形成吸纳社会资本参与Z-FFR事业新局面（与相关民企洽谈，有望组建联合创新平台，共同推进研究院产业化工作）。

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aoitsukasa2me 发表于 2024-1-5 15:38
2023.3.28-投身核能报国家 开创核能新未来 ——记中国核能专家彭先觉院士（节选）发布时间：2023-03-28 11 ...

聚变能源研究态势及展望（节选）

原创 中国工程科学     时间：2024年11月07日 12:22

本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2024年第4期

作者：彭先觉，高翔，李建刚，刘永，邓建军，李正宏，周良骥，师学明

来源：聚变能源研究态势及展望[J].中国工程科学,2024,26(4):190-197

Z箍缩聚变裂变混合堆研究进展及规划
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       2008年，中国工程物理研究院提出了Z-FFR概念。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。

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Z箍缩聚变裂变混合堆研究进展

+ c6 D4 F0 q/ Z4 k- R8 t       20世纪末，美国圣地亚国家实验室在其Z装置上获得了总能量为1.8 MJ的X光辐射脉冲，电能到X光的转换效率达到15%。2012年，俄罗斯也启动了聚变点火计划，后因经济原因停滞。中国工程物理研究院长期从事热XXX研究，掌握了惯性约束聚变原理。在SNL公布Z装置的结果后，中国工程物理研究院的一些科学家直观感觉，Z箍缩与其他驱动方式相比能更方便、经济地提供聚变所需条件，因而提出了开展Z箍缩聚变研究的建议。随后，我国组建了一支构成精干，涵盖理论、实验、测试、制靶、驱动器的研究团队，系统开展Z箍缩聚变研究工作。
( q, `4 I% r# V4 k       2007年，研究团队正式提出“局部体点火靶”概念，解决了惯性约束聚变点火难、大规模放能难的问题。2008年，研究团队提出了深度次临界能源包层设计理念，正式形成Z-FFR概念。2013年，研究团队研制了输出电流约为10 MA的强流脉冲功率装置（聚龙1号），接近美国的Z装置性能。2020年，研究团队研制了与50 MA驱动器单支路同等规模的LTD单路样机装置；实验定标和理论分析表明，50 MA驱动器可以实现点火和大规模放能。2021年，“电磁驱动大科学装置”项目获得立项，采用LTD技术路线，重点验证“局部体点火靶”技术，同时为Z-FFR重频驱动器研制积累工程经验。2023年，研究团队研制了大功率超快半导体开关，可以满足Z-FFR驱动器重频长寿命的应用需求。
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Z箍缩聚变裂变混合堆发展规划

) X7 s+ E" D5 V6 e; o       瞄准2040年实现Z-FFR商业化供能目标论证发展规划，提出了3个发展阶段的任务目标。
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1. 关键技术攻关阶段（2024—2030年）

       针对Z-FFR的3项关键技术同步开展攻关，为后续工程建设筑牢基础。① 聚变点火。建设输出电流为50 MA的Z-箍缩“电磁驱动大科学装置”，验证“局部体点火靶”聚变能源技术路线的可行性，在国际上率先实现单发聚变百兆焦级放能、QEng>1。② 长寿命重频驱动器。功率源充放电>3×106次，重复运行频率为0.1 Hz；建设4路驱动器原型演示装置，为建设下一代聚变能源用大电流长寿命重频驱动器储备技术。③ 深度次临界能源包层。形成包层能量放大倍数>10、氚增殖比>1.15的设计方案，开展缩比换料机构、裂变燃料“干法”循环等的演示验证。

( w5 T( S6 D5 [5 S9 D3 Y7 u2. 工程演示阶段（2031—2040年）
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5 @: j( l9 E( b0 D1 b       2035年建成1000兆瓦级热功率的池式综合试验堆，采取逐级推进的方式，分步实现集成演示混合堆各项关键技术的演示目标。① 建设60 MA级长寿命重频驱动器。通过逐步调试，实现驱动器重复运行频率为0.1 Hz、运行次数>1×106次/a。② 演示重复频率聚变放能。聚变单发放能为1 GJ，QSci约为20~30，中子源强约为1019n/s，验证换靶和余氚回收等技术。③ 在池式综合试验堆上，验证氚自持、包层能量放大功能（能量放大倍数约为10），考核易裂变燃料增殖、超铀元素嬗变功能；开展聚变堆材料辐照试验、医用同位素生产、区域供热等应用探索，推动聚变能源提前应用，初步演示混合堆的经济性。
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3. 商业发电推广阶段（2040年以后）
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  b" X9 ^3 S- Q. g% ?       2035年开始建设1000兆瓦级电功率Z箍缩聚变裂变混合堆，2040年进行发电演示，之后进入商业推广阶段。① 在工程演示阶段的基础上，进一步提高混合堆性能，驱动器运行次数>3×106次/a，聚变单发放能约为2~3 GJ，QSci约为20~30，包层能量放大倍数>15。② 演示聚变堆发电的经济性。③ 建成裂变燃料重整和“简便干法”后处理工厂。④ 逐步推广应用。

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结语

       聚变能源前景广阔，开发机遇与技术挑战并存，正处于从科学研究到工程实践、再到商业应用的发展转折点。面向能源应用的聚变技术路径尚未通过闭环验证，聚变研究距离开发出具有经济竞争力的聚变能源还有“鸿沟”。当前，我国在磁约束聚变、Z-FFR方向处于国际先进水平，Z-FFR有望在2040年后实现商业演示。根据我国磁约束聚变发展规划，有望在2030年前后突破工程能量“得失相当”、2050年前后率先实现聚变能源商业演示。
  V! j( Q8 q3 x' z  X* @* d6 n       聚变能源开发可能重塑全球能源发展格局，建议统筹聚变能源开发中的重大问题，合理加大支持力度并集中优势力量，加速我国聚变能源开发进程。在磁约束聚变方面，深入参与ITER计划和相关国际合作，攻关商用聚变堆关键物理与工程技术；着力研发CFETR主机关键部件，适时建设和运营CFETR。在Z-FFR方面，加快“电磁驱动大科学装置”建设，实施聚变能源关键技术攻关，推进Z-FFR的工程演示和商业应用。
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aoitsukasa2me 发表于 2024-5-27 15:00
统筹推进电磁驱动聚变裂变混合能源事业
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       2023年，天府创新能源研究院基于电磁驱动聚变裂变混合堆能 ...

开工建设电磁驱动大科学装置及地方配套等项目
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" C4 |: k& A3 B* @+ W/ ?' h       《2025年共建成渝地区双城经济圈重点项目名单》共建具有全国影响力的科技创新中心项目24个，包括：

3 s% Y3 E7 d3 x       ①建成川渝高竹新区科技创新基地、超瞬态实验装置等项目；
       ②加快实施中国地震科学实验场（在川部分）、国家生猪技术创新中心等项目；
* R$ T- \3 p8 O+ |& k2 J       ③开工建设磁浮飞行风洞、电磁驱动大科学装置及地方配套等项目。
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aoitsukasa2me 发表于 2024-1-5 15:38
" J/ V" _  E8 [2023.3.28-投身核能报国家 开创核能新未来 ——记中国核能专家彭先觉院士（节选）发布时间：2023-03-28 11 ...

      据《国家利益》网站2020年8月15日报道，中国将很快建成可以模拟核BZ的Z机器，可以瞬间产生约6000万焦耳的能力，要比桑迪亚实验室能够产生270万焦耳能量要强大22倍。这种设备同样可以在实验室内安全控制下复制核DBZ时的状态，无需进行核 试 验就可以进行核WQ的研究工作，理论上可以制造出任何尺寸的氢D。
       众所周知，世界上主要国家都参加了《全面禁止核 试 验条约》，所有缔约国承诺不能进行任何核 试 验BZ或任何其他核 试 验。为了满足开发新一代核WQ技术试 验的需要，美国研制出了Z脉冲功率设施（Z机器），也是世界上最大的高频电磁波发生器，可以在极端温度和压力条件下测试材料，也被用来模拟宇宙中的最极端的温度。该机器曾创造出20亿摄氏度的等离子体，还创造出了人类史上最高的摄氏37亿度，创造了当时的世界纪录。
       据新墨西哥州阿尔伯克基市的桑迪亚国家实验室称，这里的“Z脉冲功率设施”是世界上最强大，最高效的实验室辐 射源。“它利用高电流产生的高磁场来产生高温，高压和强大的X射线，用于高能量密度科学研究。”
: z' D0 A. x- e3 t& Y, p       桑迪亚实验室称：“Z机器创造了地球上其他地方找不到的条件。”
4 D8 N, J* A" q' H+ g' a- }       美国的Z机器被安装在新墨西哥州的桑迪亚国家实验室，主要帮助美J研制核WQ的非核部分的发展测试，是美国国家核安全局下属的重点实验室。美J有了Z机器就可以创造出更准确的核BZ条件，为发展先进核WQ打下了基础，从而奠定了美国在核WQ方面的技术优势。不过，美方这一技术优势因为中国一项国家工程而被打破，中国在建的Z机器比美方还要强大22倍。
& C* v  {* B* c3 g1 P3 f3 @       但是这些条件可能很快就会在中国西南部的绵阳市被发现，中国工程物理研究院在那里开发核WQ。据《南华早报》报道，中国的“Z机器”旨在瞬间产生约6000万焦耳的能量，大约是桑迪亚实验室能够产生的270万焦耳能量的22倍。“它是通过向目标上发射强大的电脉冲来实现的，该目标的大小大约是由数百根钨丝组成的线轴大小，每根钨丝比人类的头发还细。当脉冲通过导线时，钨丝会BZ，蒸发并产生具有强大磁场的等离子体，以至于BZ粒子被迫向内移动。这些粒子互相碰撞，产生强烈的辐 射，主要是X射线，并创造出更准确地反映真实核BZ的条件。”
       《国家利益》联系了桑迪亚实验室，一位发言人回答说，尽管美国研究人员知道中国的项目，但他们无法对此发表评论。
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aoitsukasa2me 发表于 2024-1-5 15:38
2023.3.28-投身核能报国家 开创核能新未来 ——记中国核能专家彭先觉院士（节选）发布时间：2023-03-28 11 ...

2024.9.23-研究进展：高能X射线源-Z机器-小行星探测（节选）

来源：Nature Physics     时间：2024年09月25日00:01

" r7 v: G8 d% N7 @9 k       希克苏鲁伯Chicxulub asteroid小行星撞击引发了大规模灭绝、特大海啸和持续约10万年的全球变暖。尽管美国国家航空航天局最近的两次小行星重新定向试验任务表明，可成功地瞄准近地天体，但要使最危险的小行星转向，将需要类似于核BZ的能量会聚concentrations。然而，适合实践任务的目标很少。
7 Z- T% s9 H  L' O( s3 P5 u4 ~       近日，美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）Nathan W. Moore等，利用Z脉冲功率设施（Z Machine），产生了稠密氩等离子体的X射线脉冲，模拟了小行星偏转行为。利用所谓X射线剪刀X-ray scissors ，将替代小行星物质放入自由空间，同时切断支撑并蒸发目标表面。
! T8 _7 i" K" a: V* U& k0 \2 j       随后BZ加速了模拟小行星物质，这是一项按比例缩小的小行星拦截任务。二氧化硅靶的偏转速度约为70ms–1，与辐射流体动力学模型的预测一致。这一实验结果，按比例放大到拦截器能量，并预测直径达（4±1）km小行星，可通过这种机制偏转，这为未来的行星防御任务，提供了一种可行方法。

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桑迪亚国家实验室的Z机在鱼眼镜头下的俯视图

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aoitsukasa2me 发表于 2025-1-22 13:04
2 A: B" q" P3 j$ @) [7 i" n开工建设电磁驱动大科学装置及地方配套等项目

       《2025年共建成渝地区双城经济圈重点项目名单》共建 ...

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aoitsukasa2me 发表于 2024-1-5 15:38
2023.3.28-投身核能报国家 开创核能新未来 ——记中国核能专家彭先觉院士（节选）发布时间：2023-03-28 11 ...

4 {* @8 V# D- h天府创新能源研究院2024年度工作报告（节选）

$ M, w* e/ w) L. a& q9 j       统筹推进电磁驱动聚变裂变混合能源事业 2024年，天府创新能源研究院基于电磁驱动聚变裂变混合堆能源（简称“Z-FFR”）阶段目标，一是按照国家发展改革委、四川省发展改革委的总体要求，与中国工程物理研究院流体物理研究所共同推进十四五国家重大科技基础设施“电磁驱动聚变大科学装置”项目可行性研究深化论证工作，开展了院士专家咨询以及用户调研，完成了可研报告文本编制以及土地、稳评、能评、环评、地方出资证明等前置要件办理，经主管部门中国工程物理研究院审核通过后正式上报至国家发展改革委，并通过了中咨公司的技术评估；二是完成了电磁驱动聚变大科学装置地方配套项目可行性研究深化论证以及可研报告编制工作，协同配合主体项目各项工作与安排，等待中咨公司技术评估；三是院长彭先觉院士团队在负责中国工程院 “能源强国战略”重大战略咨询项目的核能专题方向课题研究中，通过深入调研与剖析，凝练出我国从核电大国迈向核能强国进程中面临的一系列挑战。同时，提出核能强国的发展愿景与发展特征，明确了核能未来发展的基本路径，梳理出关键技术清单，并最终针对核能未来发展给出重要建议。目前，该课题已基本完成各项研究任务，为 2025 年顺利结题筑牢了坚实根基。相关研究成果已在中国工程院院刊《中国工程科学》上发表。