为2050核聚变时代做实际准备

Published 23 Feb.2023 16:01(KST)

韩国科技信息通信部确定电力生产示范堆基本概念
ITER拟在2030年代验证链式反应后于2050年代做好发电准备

我国为迎接预计将在2050年代全面到来的核聚变发电时代，已着手进行事前准备。政府决定开发50万千瓦级电力生产示证堆，并制定相关技术开发与运行目标及设计标准。

科学技术信息通信部于23日下午召开第18次国家核聚变委员会会议，审议并表决通过了包含上述内容的《为实现核聚变的电力生产示证堆基本概念》议案。

我国自Kim Youngsam政府时期起，就作为韩美国际研究合作课题的一环，正式启动核聚变能源研究。其雄心勃勃的目标，是在地面上实现太阳内部发生的核聚变链式反应堆，打造“人造太阳”，从而一举解决人类面临的能源危机与气候变化等环境问题。尤其是政府于2008年投入4000亿韩元，在大田大德研究园区建成了韩国型超导核聚变研究装置KSTAR。这一设施用于掌握在核聚变中必不可少的、超过摄氏1亿度的超高温等离子体的长时间与可控维持技术及运行诀窍。2021年11月，研究团队首次在全球范围内成功将离子温度基准的摄氏1亿度维持30秒以上，在国际研究中发挥着引领作用。

然而，在实现能源化所必需的本格核聚变链式反应研究方面，现有设施存在局限。为此，我国正与美国、欧盟等7个国家一道，在法国南部建设国际热核聚变实验堆ITER。ITER作为全球首座配备核聚变过程中产生的中子屏蔽装置的装置，被寄予厚望，有望实现至今尚未达成的磁约束核聚变方式的首个链式反应点火。正在开发ITER的国际研究团队预计，将实现远高于美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室去年通过激光核聚变取得的1.5Q（输出能量与输入激光能量之比）的10Q水平。这意味着，磁约束核聚变方式在实现能源化所需的理论论证与技术基础方面将趋于完备。由于经历了新冠疫情大流行等因素，ITER建设进度有所延误，预计将于2035年至2038年前后完工，因此核聚变链式反应的成功时间也相应被推迟至此之后。

不过，主要参与国已经在假定ITER核聚变链式反应成功的前提下，着手全面推进利用中子实际生产电力的相关技术开发。我国也通过本次基本概念的最终确定，正式加入这一核聚变能源实用化竞争。根据此次基本概念，我国将建设最大电力输出50万千瓦级以上的示证堆，并将燃料氚的有效自给率设定为1以上。在此基础上，将验证氚的处理以及中低水平放射性废弃物处置等相关环节的安全性，同时测算具有竞争力的发电成本，获取用于验证“经济性”的数据。示证堆采用主半径在7米以内的托卡马克型堆型，计划按照装置开机率60%以上、设计寿命40年以上、抗震设防烈度相当于7.0级地震等标准进行建设。

今后，将在2026年前完成预备概念设计，于2030年前完成概念设计，并从2035年起进入实际工程设计阶段。为实现氚有效自给率1以上的目标，政府计划与欧盟联合开展研究，获取用于示证堆燃料自给的增殖包层技术。增殖包层是核聚变堆堆芯内壁部件，通过中子与锂的反应生产核聚变燃料氚。