[论文解读] The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction Chapter IV: Energy from Breeder Reactors and from Fusion?

Michael Dittmar|ArXiv.org|Nov 13, 2009

Global Energy and Sustainability Research参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文批判性地评估了快中子增殖堆和核聚变作为未来能源的可行性，结论是两者均面临无法逾越的技术与经济障碍。基于对历史快堆数据及当前聚变研究的分析，作者认为商业化的快堆在数十年内几乎不可能实现，而聚变能则永远无法成为现实，从而挑战了核能领域普遍存在的技术乐观情绪。

ABSTRACT

The accumulated knowledge and the prospects for commercial energy production from fission breeder and fusion reactors are analyzed in this report. The publicly available data from past experimental breeder reactors indicate that a large number of unsolved technological problems exist and that the amount of "created" fissile material, either from the U238 --> Pu239 or from the Th232 --> U233 cycle, is still far below the breeder requirements and optimistic theoretical expectations. Thus huge efforts, including many basic research questions with an uncertain outcome, are needed before a large commercial breeder prototype can be designed. Even if such efforts are undertaken by the technologically most advanced countries, it will take several decades before such a prototype can be constructed. We conclude therefore, that ideas about near-future commercial fission breeder reactors are nothing but wishful thinking. We further conclude that, no matter how far into the future we may look, nuclear fusion as an energy source is even less probable than large-scale breeder reactors, for the accumulated knowledge on this subject is already sufficient to say that commercial fusion power will never become a reality.

研究动机与目标

• 评估快堆和聚变能源作为未来能源来源在现实中的可行性。
• 挑战关于快堆和聚变能将很快实现商业部署的普遍信念。
• 分析过去快堆和当前聚变计划的公开数据，以评估技术进展。
• 论证关于聚变的积累知识已足够充分，可得出其永远无法成为商业能源来源的结论。

提出的方法

• 分析实验快堆的历史数据，包括性能表现和易裂变材料增殖比。
• 回顾第四代快堆计划及其预计时间表与技术挑战。
• 研究钍燃料循环（Th232 → U233）及其在增殖性和可持续性方面的潜力。
• 评估聚变能研究，特别是国际热核聚变实验反应堆（ITER）及其长期时间表。
• 比较快堆与聚变计划的理论预期与实际实验结果。
• 基于专家提问未获回应的事实，对核能界提出的乐观主张采取批判性分析与怀疑态度。

实验结果

研究问题

• RQ1 过去快堆实验在多大程度上满足了商业可行性所需的理论增殖比？
• RQ2 尽管历经数十年的研发，为何快堆未能实现其承诺的增殖比？
• RQ3 阻碍快堆商业部署的根本性技术和经济障碍是什么？
• RQ4 聚变能领域是否已取得足够的科学与技术进展，以证明持续投资和长期期待的合理性？
• RQ5 为何聚变能项目尽管投入巨资并有全球努力，却始终处于‘50年之后’的境地？

主要发现

• 过去的快堆未能实现所需的增殖比，实际产生的易裂变材料远低于理论预期。
• U238 → Pu239 和 Th232 → U233 增殖循环尚未表现出足够效率以支持商业快堆。
• 即使投入大量努力，大规模快堆原型堆也极不可能在数十年内建成，甚至可能永远无法实现。
• 作者基于积累的知识和长期未解决的挑战，得出结论：商业聚变能永远不会成为现实。
• 核能界未能就资源可持续性、增殖效率和聚变可行性等关键问题提供可信回应。
• 报告最终认为，快堆和聚变能源均无法作为近期或长期能源需求的可行解决方案，从而对普遍存在的技术乐观情绪提出质疑。