中国工程院院士彭先觉：核能应成为未来能源的主力｜院士上封面

封面新闻记者 边雪

1964年，彭先觉从哈尔滨军事工程学院原子工程系毕业，分配至二机部九院理论部从事核武器的理论研究及设计工作。开启了自己与核相伴的征途。

60年的时光疾驰而过，彭先觉毕业从事核武器研究，再到现在投身核能利用，始终对国家和事业抱有强烈的热爱。回顾半个多世纪的科技生涯，他认为自己是幸运的：“我衷心希望人类真正的原子能时代早日到来，并愿意为此继续坚持和奋斗终生。”

彭先觉院士。（封面新闻记者 边雪 拍摄）

为一个遥远的目标而奋斗终生，是彭先觉那一代人内心源源不绝的能量，到底来自哪里？隔着漫长的半个多世纪，想要试图理解彭先觉，并非易事，但他对科研的坚定和核能和平发展事业的热爱，可以在采访中轻而易举地捕捉。

绿色能源 “核”力向新

核能是清洁低碳安全高效的能源，不仅可以发电，还可以开展核能综合利用，是保障国家能源安全与低碳转型的关键能源品种，是推动我国高质量发展的重要力量。

2024年2月，国家发展改革委、国家统计局、国家能源局联合印发《关于加强绿色电力证书与节能降碳政策衔接 大力促进非化石能源消费的通知》，提出实施可再生能源、核电等非化石能源不纳入能源消耗总量和强度调控。

“我认为核能应该成为未来能源的主力，因为它具备清洁、可规模化和持久性等优点。”当被问及未来绿色能源的主力是谁时，彭先觉向封面新闻记者解释道，核能的能量密度非常高，与化学能相比，它在能量转换效率上有着显著的优势。“核能的使用对环境的影响相对较小，占用的地球资源也较少，这使得它在解决能源供应和环境气候问题方面具有独特的优势。”

如何比较核能与可再生能源如光伏和风电的经济性？彭先觉告诉封面新闻记者，在比较核能与光伏、风电等可再生能源的经济性时，主要考虑的是建造成本、年发电量、运行成本以及设计使用寿命等因素。“以核电站为例，其设计寿命通常为60年，而光伏系统的设计寿命为30年。通过计算，核电站的单位成本发电量远低于光伏系统。此外，核能还具有热电联动的潜力，能进一步提高能源利用效率和降低经济成本，而光伏和风电则无法实现这一点。”

近10年来，随着相关技术的发展，核能的安全性有了显著提升，而可再生能源如光伏和风电则存在间接性问题，需要额外的成本来解决储能问题。

“核能每年消耗的核燃料非常少，与燃煤电站相比，占用的地球资源和对环境的影响都相对较小。”彭先觉直言，目前，核能的铀资源利用率虽然不到1%，但随着技术进步，如四代堆技术的发展，其资源利用效率有望得到显著提高。

核聚变研究的现状：

优势与挑战并存

在人类社会发展的漫长历程中，能源始终是推动文明进步的关键因素。被视为人类解决能源问题的“钥匙”之一的可控核聚变，也被寄予厚望。

聚变能源是否真的取之不尽用之不竭？彭先觉告诉封面新闻记者，虽然传统观念认为聚变能源是取之不尽用之不竭的，但实际上并非如此。“例如，纯氘系统无法作为能源使用，因为它无法满足输出能量远大于输入能量的条件。当前的聚变系统都是有限的，聚变能源并非无限制。”

从物质的角度来看，通过聚变获得无穷无尽的能量这一设想是不成立的。即使我们大胆地提出这个观点，它也与传统概念不同。彭先觉告诉封面新闻记者，基于基本理论和现有数据的判断表明，如果要实现聚变燃烧，需要的能量远超过系统释放的能量，因此它不能成为一个能源系统。

目前，聚变研究有自约束和惯性约束两条主要路线。惯性约束聚变要求驱动器在极短的时间内提供极高的能量，这对技术提出了很高的要求。彭先觉指出，当前，聚变能的应用面临诸多挑战，如建造规模大、周期长、成本高，以及实现商业化困难等。“特别是聚变堆的材料，必须能够承受长期的高能中子辐照，而目前的材料还无法满足这一要求。”

新型混合堆大有可为

在彭先觉看来，混合堆技术被认为是聚变研究的一个必然方向。在核聚变研究中，混合堆技术的作用是什么？“它能够显著降低聚变功率，减少中子辐照强度，从而解决高温中子辐照问题。同时，混合堆利用裂变来补偿聚变的不足，能够解决聚变堆的一些主要瓶颈问题，通过聚变和裂变的互补，混合堆技术有望建造出一个具有优良性质的能源系统。”彭先觉说。

混合堆的概念其实早就有人提出，但按照当时的研究方案，混合堆的运行要用10吨以上的钚，还要进行大量的后处理，与快堆相比，毫无优势可言。

“我们现在提出的混合堆和过去完全不一样，是聚变中子源和次临界能源堆相结合的新型混合堆，我和课题组从2008年开始研究，提出了这种全新概念的次临界能源堆技术路线。”彭先觉及其科研团队潜心研究的“Z-箍缩混合堆”项目，将通过核聚变技术，从根本上解决当前裂变反应堆所面临的诸多挑战，为人类社会的能源需求提供长达数千年乃至万年之久的稳定供给。其中，“Z-箍缩混合堆”不仅极大提升核能的安全性，还实现了热电联供的高效模式，显著提高了能量的综合利用率。

研究表明：这种堆，可以以天然铀、反应堆乏燃料为核燃料，在聚变中子源驱动下获得十倍以上的能量增益，可保证氚的有效循环，且在核燃料循环中可不断添加贫化铀及钍，达到不断烧铀-238和钍的目的，因而可为人类提供数千年的能源。

这种堆还有的突出优点是：换料时间可延长至五年或更多；核燃料循环的后处理简单、经济，只需清除部分裂变碎片，不必进行铀-钚分离及铀同位素分离；可实现放能和嬗变自身产生的锕系元素的双重目标。

彭先觉告诉封面新闻记者，“Z-箍缩混合堆”系统有望作为基荷能源，逐步替代火电等传统能源形式，并与风能、太阳能等可再生能源形成完美的互补格局，共同引领核能发展的崭新方向，为核能的可持续发展注入强劲动力。“与其他聚变能源途径相比，核爆能源有技术相对简明、造价低廉、利于实施的明显优势，最重要的是它能为人类提供能源的时间也最长，所以我认为和平利用核爆炸是可行的，甚至可以说是简便的。但也有困难，那就是让人们接受起来不太容易，这也是这一路线实现的最大障碍。”