□ 贺 珍 文/图
能源是一个国家经济发展、社会发展的基本保障。进入21世纪后，随着工业化进程的加快和人口的大幅增长，传统化石能源或将在百年左右消耗殆尽，能源危机已经近在咫尺。同时，化石能源的大量开采、利用，使人类受到环境、气候恶化的严重威胁。因此，寻找安全、清洁、持久、经济的新能源是人类当前面临的重要任务。
世界各国科研人员将目光瞄向了核能，核能是核反应前后原子核结合能发生变化而释放出的巨大能量，是一种安全、清洁、低碳、稳定、经济的高能量密度战略能源。从发展潜力来看，核能足够支持人类千年以上的能源需求，是解决能源危机的现实和理性选择，在发电、供热、核动力等领域会有很大的发展空间。我国著名原子核物理学专家、中国工程院院士彭先觉，正是当前核能科研领域的佼佼者，他不仅为我国核武器事业做出了杰出贡献，还提出了和平利用核能的宏大计划，他研发利用聚变—裂变新型混合堆开发利用核能的技术，给予了全人类千年能源的希望，将彻底改写人类能源利用的未来。
聚焦核能研发 建树科研硕果
人类对于核能研究始于20世纪初。1905年，爱因斯坦提出了质能转换公式；1938年，德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象；1942年底，美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆，而第二次世界大战则是将核能的研究推向了高潮；1945年8月6日和9日，美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎，瞬间摧毁了两座城市，致使20余万人死伤，幸存者也饱受辐射后遗症的折磨，时至今日仍是日本人挥之不去的梦魇。人类彻底见识到了核武器的恐怖，核能成为悬在人类头顶上的达摩克利斯之剑，二战后，世界各国进行和谈、建立新秩序，由此以来不再动用核武器，人类开始将核能运用于除军事外的其他领域，包括能源、工业、航空航天等领域。
新中国成立之初，伟大领袖毛泽东在最高国务会议上说：“我们要有原子弹，在今天的世界上，我们要不受人欺负，就不能没有这个东西。”从1955年开始，中国开始研发核能，并且从1958年开始进行两弹研发，中国核工业建设拉开了序幕。1964年是个特殊的年份，这一年，在我国西部地区新疆罗布泊上空，中国第一颗原子弹爆炸成功，这一年，彭先觉大学毕业，并被分配到核工业部九院理论部从事核武器的研制设计工作。彭先觉深受研发核武器前辈们的鼓舞，他决心要学以致用，为祖国的核武器研制大业贡献自己的毕生力量。
此后数十年时间，彭先觉参与了我国第一代核能武器中多个重要型号和第二代核能武器氢弹主体的理论设计、试验和定型工作，是这些型号的主要技术负责人之一，同时提出了氢弹次级小型化的主要技术路线，并对一些特殊氢弹的设计技术进行了探索、研究及试验验证。他提出的多项关键设计思想，为我国战略武器设计达到世界先进水平做出了十分重要的贡献。一年又一年，他一步一个脚印，逐渐成长为核领域的学科带头人，1991年被任命为研究所副所长，1999年被任命为院科技委主任，同年当选为中国工程院院士。
进入21世纪，我国的工业技术飞速发展，对于能源的需求大大增加，开发新能源成为必由之路，彭先觉将视野放在了核技术和平利用上。其实，早在1993年，他就开始关注核爆炸和平利用研究了，他与合作者一起提出“核爆聚变电站”概念，使人们看到了有效应对未来能源危机和环境、气候问题的新能源曙光。
彭先觉介绍说：“核能是通过核反应从原子核释放的能量，释放方式包括核裂变、核聚变和核衰变3种，其中核聚变因安全性高、放射性少，是未来能源的理想目标。但不管用何种技术、途径实现核聚变，纯聚变能源系统都因其技术难度、经济性和可持续性方面的问题而难有竞争力。”
攻破核能技术 开拓未来能源
经过多年研究，也基于在核武器、核技术、核能源和Z-箍缩方面知识的深厚积累，2005年彭先觉提出了“局部体点火”的惯性约束聚变靶模型，科学地解决了聚变靶的点火和燃烧放能问题，又将它与Z-箍缩驱动方式相结合，为聚变的能源应用奠定了基础；2007年，他又提出“深次临界能源堆”概念，并与团队一起完成了能源堆的初步概念设计。
2008年10月，彭先觉正式提出全新核能源的概念，即“Z-箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z-FFR）”。其中心思想是：把聚变和裂变巧妙地结合起来，利用深次临界能源堆对聚变能的放大作用（20倍左右），从而可大幅度降低对聚变中子源强度的要求，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。因此，彭先觉认为，聚变和裂变的结合，是未来核能源一个非常有前景的发展方向。
目前“Z-FFR”在中国工程物理研究院及下属多个研究所、国防科工局、中国ITER中心、国家自然科学基金委的参与支持下已进行了十余年深入概念研究，形成了基本的设计方案，从物理原理、材料、工艺技术等各方面都未发现有不可逾越的障碍。
据彭先觉介绍，Z-FFR主要包含3个部分：Z-箍缩驱动器、聚变靶及爆室、次临界能源堆。所谓Z-箍缩，就是当电流流过柱形套筒导体时会产生角向磁场，该磁场作用于导体载流子，将产生指向柱中心轴的洛伦兹力，即压力，并导致自箍缩效应。当电流达到数十兆安量级时，产生的磁压力十分巨大，达百万大气压以上，驱动套筒等离子体高速向心内爆，速度可达每秒数百公里，能为靶丸实现聚变创造良好的条件。利用Z-箍缩驱动实现聚变的优势就在于驱动器技术相对简单、造价低廉、能量充足且转换效率高。目前，建造50MA以上且重复频率运行的驱动器来实现聚变，技术上已无重大障碍。
彭先觉认为，在惯性约束聚变靶的设计中，需要重点把握的3个关键因素分别是：提供给靶的能量、解决聚变燃料压缩的球对称性及燃料的点火和燃烧问题。因此，他创造性地提出了一种与美国LLNL“中心点火靶”设计理念完全不同的“局部体点火靶”，并设计了套筒与靶能量传递结构，经过各项数值计算表明，“局部体点火靶”模型更胜一筹，能够实现GJ级聚变放能。
在次临界能源堆方面，彭先觉主张走与“传统”次临界堆完全不同的设计路线，以能源为目标，克服现有裂变堆面临的瓶颈问题，力求简明、简便、安全、经济。在该理念的指导下，他提出了以天然铀金属合金为初始燃料，轻水为传热、慢化介质并与压水堆技术结合的设计。为使该技术路线可行，他与团队还提出了具体的设计方案，彻底地解决了反应堆的临界安全和余热安全问题。
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30亿美元左右；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。基于项目的特点和重要意义，彭先觉提出了未来研究发展路线图：2025年前后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；2025年~2035年为技术集成和功能演示阶段；力争2035年左右进行工业应用。
如今，我国已建立了世界上只有少数国家拥有的完整的核科技工业体系，实现了核能大规模和平利用，保障了国家能源安全，增强了国家综合实力，促进了国家经济社会发展。这一切，离不开一代代核能科研工作者的努力。在彭先觉看来，我国核事业的发展需要传承，首要传承的就是爱国精神、奋斗精神和创新精神。如今年逾古稀的彭先觉院士，没有停止科研的脚步，依然奋斗在核事业研究第一线，为了国家的不断发展壮大，为了核能的和平利用事业，为了人类未来新能源问题的解决，他，继续燃烧自己、贡献力量。