主题：聚变PK裂变 -- tojinge

　2006年某日。在知识产权投资公司——美国高智发明（Intellectual Ventures Management，LLC，IV）多个领域的专家会聚在一起。他们到此是为了出席该公司探讨未来技术的例会“Invention Session”。也许是因为高智发明的两位创始人都来自美国微软的缘故，会议室里还出现了比尔·盖茨的身影。

　　会上作为能源问题的解决方案，提出了开发新型原子能发电系统的问题。要想既具有安全性及经济性、又满足核不扩散及减少废弃物等必要条件，应怎样做呢？作为一个答案，有人提出了长时间不用更换燃料的想法。这个想法其实早已有之。参加会议的原子能发电专家Lowell Wood早在1996年，就在与被誉为“氢弹之父”的Edward Teller共著的著作中发表了有关想法。然而，这一想法至今没有变成现实。

现在也许可以使用超级计算机等手段来加速开发。有此想法的高智发明决定成立风险企业——美国TerraPower公司来实现理想的原子能发电系统。出资者除了高智发明之外，比尔·盖茨也名列其中。

　TerraPower公司开发的原子能发电系统“TWR”（Travelling-wave Reactor）与目前主流的轻水反应堆有哪些不同呢？最大的不同在于燃料的燃烧机制。通常，轻水反应堆中要预先放入多于临界*状态所需量的原子核分裂性物质（浓缩铀），根据燃烧状态缓缓拔出用以吸收中子的控制棒，借此保持临界状态，同时进行发电。燃料的更换每隔数年需要进行一次。

与此不同，TWR是在生成原子核分裂性物质的同时进行发电。当作为燃料填充了贫化铀时，接收了中子的贫化铀经过β衰变慢慢变成钚。这些钚的原子核会发生分裂，可利用分裂时的热能进行发电，同时，分裂时释放出的中子又成为将别的贫化铀变成钚的导火索。由于燃烧区域会慢慢移动，因此，可在不更换燃料的情况下在60～100年的长时间内持续发电。

　另外，由于即使没有控制棒也能保持临界状态，因此，不仅可简化构造，从而有助于降低成本，还具有发生事故时不会达到超临界*状态等优点。

除此之外，作为TWR的优点，还有可简化燃料周期这一点。轻水反应堆所使用的浓缩铀，是由储量有限的天然铀浓缩加工而成。与此不同，贫化铀从现有的轻水反应堆中的废弃燃料而来，因此，可以利用这些贫化铀。不仅不需要浓缩工序，而且还有丰富库存。另外，由于TWR的燃烧程度较高，因此，还可减少废弃燃料的数量。

成本低廉、操作简便，TWR称得上是一种理想的原子能发电系统。然而，事情是否会按照TerraPower的计划进展，还是个未知数。许多原子能专业的人士都指出，“实用化的最大难题在于材料”。特别是，受中子影响最大的燃料密封包覆管的材料开发是一大难题。TWR不仅燃烧程度较高，而且温度也高，因此，对材料而言是一种严酷的环境。

　　通常，中子的照射会导致包覆管发生各种问题。问题之一是“炉料膨胀”。如果中子照射到金属上，则金属原子会产生运动，从而形成点阵缺陷。被中子撞击出去的金属原子变成点阵间原子，金属原子此前所在的位置变成原子空洞。这其中，如果多个原子空洞聚集在一起，则会形成“空隙（Void）”（图7）1）。这种空隙会导致金属的体积增加形成包覆管膨胀，这就是被称为炉料膨胀的现象。原子反应堆由很细的包覆管汇集而成，冷却材料在包覆管间流动。如果发生炉料膨胀，就会阻碍冷却材料的流动，从而造成温度上升等恶劣影响。

抑制炉料膨胀现象，一般采用利用微细析出物等使出现的原子空洞消失，借此预防空隙发生的手段等。不过在目前的情况下，即便采用这种方法，在TWR的条件下具有60～100年耐久性的材料也不存在。作为表示照射造成的损伤量的值，预计TWR要求必需达到400～500dpa（Displacement Per Atom），但目前的材料才刚刚超过100dpa。