聚变堆氚'自持'分析及其技术挑战

摘要

聚变堆是通过燃烧氘氚等离子体输出能量的核装置.对于功率为1000MW的聚变装置,满功率运行每年氚的消耗量将达到55.8kg以上;若未来DEMO堆聚变功率设计为3GW,每年氚的消耗量将达到150kg以上.由于氚的半衰变期为12.3年,即每年衰变约5.5％,地球上可用的氚资源非常有限,聚变堆消耗的氚必须通过堆自身产生,以实现氚的"自持".聚变堆氘氚燃料循环分为等离子体燃烧内循环回路和氚增殖包层氚提取回路外循环,以及氚安全包容系统.磁约束聚变氘氚等离子体燃烧的燃耗低,仅为百分一至百分之几,大量未燃烧的氘氘气体通过内循环各单元系统(等离子体排灰气处理系统、同位素分离系统等)回收后再返回到燃料贮存与投递系统,作为聚变堆燃料再利用,外循环则是通过氚提取系统将氚增殖包层产生的氚载带出来进行氚的实时分离提取,以实现氚增殖的需要,氚安全包容系统将对手套箱、工艺系统等泄露出来的氚进行进一步处理和回收,以实现环境友好性.