背景:2019 年,国会通过《核能创新与现代化法案》(NEIMA;公法 115-439),指示 NRC 开发监管基础设施,以支持先进核反应堆(包括核裂变反应堆和聚变反应堆)的开发和商业化。NEIMA 要求 NRC 在 2027 年 12 月 31 日之前“完成一项规则制定,以建立一个技术包容的监管框架,供商业先进核反应堆申请人选择使用”。监管框架的制定旨在为聚变技术开发商提供清晰度和可预测性。为了响应 NEIMA 和聚变技术的持续发展,委员会在 2020 年指示 NRC 工作人员“通过制定供委员会考虑许可和监管聚变能系统的方案,考虑在我们的监管结构中适当处理聚变反应堆设计。”作为回应(ML20288A251;2020 年 11 月 2 日),NRC 工作人员表示,它将评估聚变技术带来的潜在风险和可能的监管方法,这些方法与正在进行的先进核裂变反应堆规则制定无关,将创建 10 CFR 第 53 部分“面向商业核电站的风险知情、技术包容性监管框架”。
这些力会产生极高的压力和温度。1 我们的太阳内部温度为 2700 万华氏度,核心压力约为地球大气压的 3400 亿倍。2,3 在这些极端条件下,太阳核心中的氢原子被压缩并最终融合在一起,这一过程会以伽马射线光子和中微子的形式释放出大量能量。4 这种聚变能传播到太阳表面,是太阳发光的来源。5 几十年来,科学家和工程师不断突破实验物理学的界限,复制这种反应并将其用作能源。聚变反应堆给社会带来的潜在利益难以估量;燃料丰富且可广泛获取,碳足迹可以忽略不计,其相关的核废料和防扩散问题也微乎其微。6,7 尽管有这些激励措施,尽管该领域最近取得了里程碑式的成就,但聚变能科学仍然是当今实验物理学中最具挑战性的领域之一。陆地反应堆实现核聚变的关键基准被称为“点火”。点火定义为核聚变反应产物足以在没有外部能量输入的情况下维持等离子体温度和反应本身的点。8 换句话说,当反应产生的能量大于其消耗的能量时,即达到点火。通常,维持该反应所需的条件描述为:温度 (T)、等离子体密度 (n) 和约束时间 (t)。在过去的 50 年里,(n) 和 (T) 已经得到了相当完善的定义。9 核聚变能科学中剩下的一个核心挑战是第三个量:(t)。10 这是指核聚变产物在反应离子等离子体内的停留时间。11 为了产生大量的能量,需要时间来让核聚变反应发生。12 在我们的太阳内部,引力约束足以满足这一要求。在地球上,需要其他约束机制。两种主流约束机制是惯性和磁约束。 13 惯性聚变应用
RAINN 是“强奸、虐待和乱伦全国网络”的缩写,它是美国最大的反性暴力组织,与全国 1,000 多家当地性侵犯服务提供商合作运营全国性侵犯热线,并运营国防部安全热线。
摘要 多年来,国际社会一直在研究利用核聚变反应产生的热量发电的核聚变的适用性。迄今为止,还没有一种设计能够产生能量,更不用说电力了,但 ITER 等大型国际项目所做的工作表明,新的反应堆设计比以往任何时候都更接近实现这一目标。因此,重要的是要考虑传统的防扩散制度是否以及如何涵盖利用核裂变热量的传统核反应堆发电。出口管制制度对于确保支持合法项目的商品和技术(如核电生产所需的商品和技术)不会被转用于大规模杀伤性武器 (WMD) 计划非常重要。具体来说,核供应国集团 (NSG) 涵盖了从加工铀到燃料生产(及以后)的一系列商品。虽然 NSG 的双重用途清单涵盖了氚以及生产氚所需的靶组件和部件,但目前尚不清楚核聚变发电是否需要其他独特商品,以及这些商品是否会受到 NSG 的保护。为此,本文将研究和开发通过聚变反应发电的系统所需的商品和技术,并将这些商品与核供应国集团已经控制的商品和技术进行对比。一般来说,考虑将出口管制作为解决与聚变反应堆相关的扩散问题的工具的最佳领域是与下一代锂同位素浓缩有关。
业界很清楚,目前媒体对氚供应的担忧是基于对聚变技术和氚增殖能力的误解。尽管目前世界上的氚资源非常稀少,但每家将使用氚的聚变公司都计划在扩大规模后在聚变发电厂中生成氚:氚增殖是聚变试验工厂需要展示的一项关键技术。尽管氚并非天然存在,但加拿大和其他地方的核电站可以以高价出售氚。如果没有市场需求,随着这些发电厂的关闭,未来几十年的供应量将会下降。出于实验目的,需要氚的公司现在正在与现有供应商签订合同,以支持他们的实验活动,尤其是那些将氚作为副产品生产的核电站。然而,到公司开始建造试验工厂时,每家公司都必须计划在其发电厂中增殖氚,方法是将聚变反应中产生的中子与聚变核心周围的锂相互作用。
日本将核聚变能视为新兴产业,不会错过参与全球核聚变供应链竞争的机会。 除了后续的ITER项目/BA活动、DEMO开发外,日本还将通过商业化等多方面加速核聚变能的实现。 日本将成立核聚变产业委员会,支持初创企业等的研发,就安全法规进行讨论,加强对新兴技术的支持,开展教育项目等。
NNSA 的 ICF 计划拥有三座独一无二的世界领先科学设施,即劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的国家点火装置 (NIF)、桑迪亚国家实验室的 Z 脉冲功率装置 (Z) 和罗彻斯特大学激光能量学实验室 (LLE) 的欧米茄激光装置 (OMEGA)。这三座互补的设施是美国唯一能够研究宏观高能密度 (HED) 科学的设施。此外,洛斯阿拉莫斯国家实验室为聚变点火贡献了新方法,而每个实验所需的复杂靶材均由通用原子公司开发和制造。靶材质量和创新继续成为三座主要 ICF 设施性能提升的重要推动力。
然而,要实现商业化核聚变,必须克服若干挑战,利益相关方对这一时间表的预测从 10 年到几十年不等。一个关键的科学挑战是等离子体的物理学,即核聚变所需的物质状态。研究人员并不完全了解燃烧等离子体的行为,那些主要热源是核聚变反应本身而不是外部来源的等离子体。研究人员在这个领域取得了进展,但缺乏足够的实验数据来验证他们的模拟。一个关键的工程挑战是开发出能够承受核聚变条件数十年的材料,如极热和中子损伤,而目前还没有可以对材料进行全面测试的设施。更一般地说,从核聚变中提取能量以提供经济的电力来源的任务提出了几个复杂的系统工程问题,尚未解决。