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大力支持基于量子筛原理获取核能原料氘、氚和重水的相关实验研究

  发布日期:2017-12-18 15:46  浏览量:

  民盟盟员,中国石油大学(华东)教授、新能源科学与技术研究中心主任,山东省“泰山学者”特聘专家赵学波反映,发展核电是我国能源战略的重要组成部分。核反应分为核裂变和核聚变两种方式,分别是原子弹和氢弹的工作原理。相比核裂变,核聚变的放射性污染很少,但核聚变反应剧烈,现有技术还无法有效控制,现在世界上运行的所有核电站都采用核裂变的方式,裂变的速率大多用重水做减速剂进行控制。重水是氢(H)的同位素氘(D)与氧形成的化合物(D2O)。氢的另一种同位素是氚(T),是生产核武器的重要原料,可以在重水反应堆中生产。氘和氚除了用在核武器中,还是将来能源问题的终极解决方案--可控核聚变的重要原料。

  氢同位素分离技术是生产氘、氚的关键,是能源领域的重要研究课题。重水原理上可以用电解法、蒸馏法得到,但商业上是用水/硫化氢交换法(GS法)和氨/氢交换法生产氘气,进而得到重水。这些方法都是将氢分离出去,在剩余物中得到氘,而氘的自然丰度仅为0.015%,所以能耗非常大。由于氢同位素具有相同的分子直径,不能用基于分子大小的分子筛方法进行分离。1996年荷兰科学家Beenakker提出的基于量子筛原理分离氢同位素的方法引起了科技工作者的注意。氢同位素的量子状态可以用物质波来描述,物质波的波长和氢同位素的质量成反比,氘气的量子态尺寸比氢气小,使氘气在纳孔中的扩散速率快于氢气,这样就可以低能耗地将氘气分离出来。这是一种反常的气体扩散现象,相比其他氢同位素分离方法在能耗上具有明显优势。

  我国的氢同位素分离研究主要由军工部门主导,四川绵阳的中国工程物理研究院是我国氢同位素研究的重点单位(编者注:反映人赵学波在量子筛方面已取得一些前沿研究成果,曾于去年受邀前去中国工程物理研究院作学术报告)。氢同位素分离是世界难题,量子筛分离氢同位素研究在德国、日本、美国等国家常年开展。本方向的研究难点在于适合纳孔材料的研制,以及氢同位素相关检测设备的支撑,需要较大的科研经费投入。在国际上,很多国家如美国、日本都设立了专门的氢同位素分离研究实验室。

  因此,建议国家成立“氢同位素分离重点实验室”,并给于持续稳定的科研经费支持,力争在氢同位素量子筛分离方面早日取得技术突破,为我国能源工业做出贡献。

  

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