聚變裂變一體式,科學家提出了混合式核反應堆,安全性更高

燃料塊和混合釷反應堆堆芯的橫截面 圖片：託木斯克理工大學

俄羅斯科學家提出了混合反應堆的新概念，即利用保持在長磁阱中的高溫等離子體獲得額外的中子。該項目是在託木斯克理工大學（TPU），全俄技術物理科學研究所（VNIITF）和SB RAS的Budker核物理研究所之間密切合作應用的。計劃的混合反應堆與當今的核反應堆的區別在於功率適中，尺寸相對緊湊，操作安全性高且放射性廢物含量低。

「在初始階段，我們使用特殊的等離子槍獲得相對較冷的等離子體。我們通過注入氘氣來保持一定的等離子量。向該等離子體中注入粒子能量為100keV的中性束會產生高能氘和氚離子，並保持氘離子和氚離子相互碰撞，形成氦核，從而釋放出高能中子，這些中子可以自由通過真空室的壁，等離子體在真空室的壁上保持磁場，進入核燃料區域後，放慢速度，它們支持重核的裂變，而重核是混合反應堆釋放的主要能源」，SB RAS Budker核物理研究所首席研究員安德烈·阿爾贊尼科夫（Andrei Arzhannikov）教授說。

混合反應堆設計 圖片：託木斯克理工大學

混合核聚變反應堆的主要優點是可以同時利用重核的裂變反應和輕核的合成。它最大程度地減少了單獨應用這些核反應的弊端。

而且，這種類型的反應堆對等離子體質量的要求較低，並且可以用釷替代高達95％的易裂變鈾，從而確保了核反應的可控性。此外，混合反應堆相對緊湊，具有高功率並產生少量放射性廢物。

「混合反應堆由兩個元素組成。主要部分是核反應堆產生能量的活動層。它分布著屬於核燃料的核裂變材料，因此會發生重核裂變反應。第二部分放置在活動層內部，以產生進入能量產生層的中子。在充滿氘等離子體的該部分內部，發生熱核聚變，釋放出中子。混合反應堆的一個特點是，發生裂變反應的活動層處於亞臨界狀態（接近臨界）。在恆定功率水平下運行，而常規反應堆在控制和安全系統的支持下在臨界狀態運行。」 託木斯克理工大學自然科學部和同位素分析與技術實驗室負責人伊戈爾·沙曼寧（Igor Shamanin）說。

根據沙曼寧博士的說法，活動層基於以釷為燃料的多用途高溫氣冷低功率反應堆的概念。這個概念是由託木斯克理工大學開發的，已在各種科學出版物中得到了廣泛的展現。

目前，項目參與者正在考慮選擇開發基於混合反應堆的實驗臺，該實驗臺將由釷燃料組件和中子源組成。

關於該項目的最新研究結果發表在《等離子體與聚變研究》雜誌上。