2025年11月13日，中国工程物理研究院材料研究所科技委副主任陈长安在深圳核博会核聚变论坛发表《聚变堆氘氚技术研究进展》主旨报告。
报告围绕聚变能源中不可或缺的核燃料氚，系统介绍了磁约束/惯性约束等聚变路径下氚燃料循环的需求、难点与“氚自持（增殖比）”目标。内容重点强调氚的稀缺与放射性带来的工程安全挑战，提出三级包容、实时监测与气氛/水体系除氚等关键技术路线，并展示我国在内外燃料循环、阻氚涂层、喷淋洗脱与含氚水处理等方面的工程化进展与后续工作建议。
关键点：
1. 报告引入：聚变堆与聚变能源中的氚循环主题（00:00）
主持人介绍报告人及主题为“聚变堆和聚变能源中的氚循环技术”。报告人说明将从多个方面汇报我国在聚变能源氚技术与氚循环工程方面的工作。
2. 氚作为聚变燃料的重要性与聚变实现路径概述（01:00）
指出氘-氚反应在现阶段最易点火、能量释放高，是当前最现实的可控聚变燃料方案，并概述磁约束、惯性约束及磁惯性约束等路线及其基本原理与工程特点。
3. 氚的物理化学与放射性特性、健康风险与来源稀缺（03:12）
介绍氚是氢同位素，易燃、易渗透扩散且具有放射性（半衰期约12.3年）。外照射影响相对有限，但易进入体内循环，尤其转化为氚化水后可参与代谢，风险显著增大；天然来源分散难以利用，主要依赖锂-6俘获中子或重水堆副产提取，导致氚极其稀缺且成本高昂。
4. 氚工厂工程共性与安全：三级包容、监测与材料相容性（05:15）
阐述氚处理涉及分离提纯、储存供给、增压与分析等“氢同位素工业”共性环节，但因氚易逃逸且放射性带来环境与人员风险，必须实施多级（三级/房中房）包容、实时监测异常释放，并对排放气体进行除氚达标后再排放。同时强调低漏率材料、氚相容性、氚致材料损伤（如氦生成导致脆化/性能下降）等工程约束。
5. 氚循环关键挑战：巨大吞吐量、回收率与氚自持（增殖比）（09:02）
对比磁约束气体燃料与惯性约束脉冲固体靶工况差异：前者需要公斤级库存与每小时公斤级吞吐，后者爆后杂质多、粉尘多且氚浓度低。由于燃耗比例往往仅百分之几甚至更低，大量未燃氘氚必须高效回收；提出“氚自持”要求通过包层含锂材料增殖氚实现自主供应，需高回收率与足够增殖比（通常需大于约1.1以补偿滞留与衰变等损失），并在大吞吐量下严控环境排放。
6. 聚变堆氚系统总体：内循环、外循环与安全包容三大系统（11:54）
通过示意讲解聚变装置中加料、抽排与氘氚回收分离构成的内燃料循环；包层吸收中子产生新氚并提取回收构成外循环；同时配置气氛监测、除氚与事故工况应急封闭等安全包容系统。说明路线图需匹配未来聚变发电装置运行节奏。
7. 我国氚工厂研发体系与概念设计推进（14:27）
介绍加入国际计划后我国氚工厂技术由相对落后走向前列，形成内循环、外循环、安全材料与设备等十余项研发任务并投入超过十亿元。完成从2015初步概念到2022更新完善的详细概念设计，对吞吐量、功率匹配与排放控制等给出系统化方案。
8. 内外燃料循环工艺流程演示与关键指标（15:50）
内循环：从排气端出来的氢同位素与杂质，经钯合金膜提取回收氘氚，再进行同位素分离，并用金属氢化物材料实现暂存与供给。外循环：包层产氚通过吹扫载出，结合低温与常温的除氚/转化处理，将不同形态氚（气态/水态）转化为可分离的氢同位素后进行分离回收；强调回收率与规模指标达到国际先进并已实现全流程贯通。
9. 材料与专用设备突破：低漏率、抗氚损伤与国产化（17:50）
指出氚系统对阀门、泵、分析检测与管路材料提出极低漏率与抗氚腐蚀/抗氦脆等要求，许多装备需自主研制。报告提到与企业联合攻关实现关键器件研发制造，并推动工程化与国产化替代。
10. 惯性约束聚变（ICF）内循环的特殊难题与处理思路（18:40）
说明ICF爆后排气含大量粉尘、杂质种类多且氚浓度低，导致内循环处理更具挑战，国内布局相对不足。提出先过滤粉尘，再采用催化氧化将氢同位素相关组分转化为水，再通过分解/电解转回氢同位素并进行同位素分离的总体路线；同时对某些膜分离+储氢材料方案的可靠性与纯度风险提出质疑。
11. 壁材料氚滞留与去除：烘烤/清洗与工程化挑战（20:56）
讨论第一壁/钨等材料中氚的渗透与深层滞留问题：停堆状态下需要将滞留氚释放并回收。指出钨中释放可能需要较高温度（数百摄氏度）并存在工程实现难度；极光热解吸效率与潜在影响仍需验证。也提到对某些结构材料，较低温度即可高效释放氚，相关方案将进一步考核。
12. 阻氚渗透涂层：氧化铝膜方案与产业化进展（23:10）
为降低氚渗透扩散，介绍采用离子液体电沉积铝并选择性氧化形成氧化铝膜的阻氚涂层，可使氚渗透降低数个量级，虽在氚辐照/腐蚀环境下性能略有下降但仍保持显著阻隔效果。并说明该技术已建设产线实现批量化能力，可用于聚变装置大量氚燃料输送管道。
13. 安全包容系统的气氛除氚：喷淋洗脱替代分子筛（25:44）
介绍气氛除氚传统“分子筛吸附水蒸气”存在再生、穿透泄漏风险与废物产生等问题。提出并展示喷淋洗脱技术：以洁净水与含氚水蒸气逆流交换，将氚化水蒸气高效洗脱下来，不增加新的固体废物；我国将处理规模从国际数百立方米/小时提升到约1500立方米/小时水平。
14. 含氚水（氚化水）处理：从电解路线到“先精馏后处理”的工程化方案（27:53）
指出氚化水来源包括包容系统气氛除氚产物、冷却水更换及工艺废水等，年处理量可达数百立方米。传统“电解+催化交换+低温富集”路线可靠性不足已被国际上逐步淘汰；提出与国际类似的改进路线：先对氚化水进行精馏富集到一定程度，再结合后续电解/催化交换/低温等步骤实现高效除氚。
15. 精馏去氚技术示范与能耗评估（含福岛类比）（29:46）
介绍自主建设的含氚水精馏装置，可在10–20公斤/小时处理量下实现高去污因子（最高约2.6万量级），并可通过热泵等方式降低能耗；同时以福岛核电站含氚水处置难题作类比，强调该路线在经济性与规模化方面的潜力。
16. 总体结论与下一步建议：放大验证、工程化国产化、ICF预研与人才建设（31:35）
总结我国在氚包容与除氚（喷淋洗脱、催化转化等）及含氚水处理（精馏等）方面达到国际领先并具备工程化能力，同时展示正在承担的装置氚工厂系统设计中安全包容占比很高。建议下一步依托现有平台开展大规模氚循环验证以提升工程可靠性与经济性，推进专用设备与材料全面工程化国产化；对ICF内循环粉尘/低浓度氚处理开展更强预研，并加强人才队伍建设。
时间线：
00:00 - 开场与报告主题引入：聚变能源氚循环技术报告开始
01:00 - 氚燃料重要性与聚变路线（磁约束/惯性约束/磁惯性）基本原理概述
03:12 - 氚的性质、放射性与健康风险；氚来源、人工制备方式与高成本问题
05:15 - 氚工厂工程与安全框架：三级包容、监测、材料相容性与排放控制要求
09:02 - 氚循环核心挑战：巨大吞吐量、低燃耗导致高回收需求、氚自持与增殖比目标
11:54 - 聚变堆氚系统总图：内循环、外循环与安全包容三大系统及其协同
14:27 - 我国研发与工程设计推进：项目投入、概念设计迭代、全流程演示与先进指标
18:40 - 面向ICF的特殊工况：粉尘与多杂质、低氚浓度带来的内循环工艺挑战与思路
20:56 - 材料问题专题：壁材料氚滞留去除、工程化加热/清洗方案与不确定性
23:10 - 关键技术进展：阻氚渗透涂层效果验证与批量化产线建设
25:44 - 安全包容除氚技术升级：喷淋洗脱替代分子筛并实现更大规模处理
27:53 - 含氚水处理路线：先精馏富集再组合工艺；精馏示范装置与能耗/成本评估
31:35 - 总结与建议：放大验证、装备材料国产化、ICF预研加强与人才队伍建设
AI 延伸阅读(下文由AI生成，其内容可能存在偏差，请注意甄别)：
聚变能源走向工程化：氚循环与“氚工厂”成为关键支撑
在可控核聚变走向工程应用的过程中，氚被视为最关键的燃料之一。氘氚聚变反应释放能量高、点火条件相对更容易，也是目前最接近工程实现的聚变路线。然而，氚在自然界中极其稀少，难以直接获取，工程需求主要依赖人工生产，包括利用锂-6产氚以及从重水堆副产物中提取。由于供应有限，氚的成本非常高，克级价格可达百万量级，这使得聚变堆必须建立高效、闭合、安全的氚循环体系。
氚作为氢的放射性同位素，物理化学性质与氢相近，具有易燃、易扩散、易渗透等特点。它的半衰期约为12.3年，通过β衰变释放辐射，外照射危害相对较小，但一旦进入人体，尤其是转化为氚化水后参与代谢循环，内照射风险会显著增加。因此，氚处理系统的核心要求，是尽可能把氚限制在应在的位置，避免向环境和人员活动区域释放。
在聚变装置中，氚循环的规模和复杂度远高于普通氢同位素工业。磁约束聚变通常在真空室内以气体燃料持续燃烧，未燃烧的氘氚燃料需要被快速抽取、净化、分离并重新供给，循环吞吐量可能达到小时公斤级。惯性约束聚变则采用固体靶脉冲燃烧，爆后会产生大量气溶胶、粉尘和复杂杂质，同时燃耗比例往往较低，大量未燃氘氚也必须快速回收。这些差异决定了不同聚变路线需要各具特点的氚循环方案。
“氚自持”是未来聚变堆必须实现的目标之一，即聚变装置不依赖外部持续供氚，而是通过包层中的含锂材料在中子作用下产生新氚，并补偿燃烧消耗。实现这一目标需要足够高的氚增殖比，工程上通常强调大于1.1并尽可能更高，同时还要控制氚在材料、管路和系统中的滞留损失，以及氚衰变造成的库存衰减。只有增殖、回收、净化和再供给形成闭环，聚变堆才具备长期稳定运行的基础。
以磁约束聚变为例，氚工厂一般包括内燃料循环、外燃料循环和安全包容系统三大部分。内循环负责从真空室排出废气，回收未燃氘氚，去除杂质，并通过同位素分离获得可再次使用的氚燃料；随后再利用金属氢化物等储氢和供氢技术，实现燃料缓冲与稳态供给。外循环则围绕包层产氚展开，中子与含锂材料作用产生氚并释放热量，产出的氚经过提取、转化和分离后并入燃料系统。安全包容系统贯穿全部流程，承担气氛监测、除氚净化、异常泄漏封闭和受控排放等任务。
我国围绕聚变堆氚工厂已开展多年研发，相关概念设计经历了从2015年初步方案到2022年更详细方案的迭代，逐步明确了系统吞吐量、排放控制和安全边界等工程指标。目前，内外循环全流程演示系统主要以氢、氘及示踪方式进行模拟，部分环节使用氚验证。内循环侧重合金膜回收、同位素分离、储存与再供给；外循环则包括吹扫携带、低温或常温净化回收、转化和同位素分离等环节。对于新型分离和处理工艺，研发团队在关注效率与成本优化的同时，也保持审慎态度，强调进一步考核验证。
氚工厂的工程化还依赖关键材料、专用设备和检测技术突破。阀门、泵、管路等部件必须具备极低漏率和良好的抗氚劣化能力，分析检测与工艺监控设备则直接关系到系统运行和安全合规。氚与材料相互作用还会带来复杂问题，例如氚和氢同位素的吸附、渗透、滞留，以及氚衰变产生氦后可能引发的氦脆风险。针对第一壁和结构材料中的氚滞留，烘烤解析、等离子体处理、光热处理等方法仍需进一步工程验证；阻氚透层技术则已取得进展，例如通过铝沉积和选择性氧化形成氧化铝膜，可将氚渗透降低2至3个数量级，并已推进到生产线能力建设阶段。
氚安全系统同样是氚工厂中占比很高的部分。传统分子筛吸附存在饱和状态难预测、再生困难、废物量增加和旁路风险等问题，喷淋洗脱技术则通过逆流洗涤捕集氚化水蒸气，有助于减少固体废物并提升规模化处理能力。氚化水主要来自包容系统产物、冷却水更换和工艺废水等，未来处理规模可能达到年百立方米量级。工艺路线也在从直接电解转向“先精馏富集，再交换、电解或低温处理”的组合方案，以兼顾处理能力、去污效果和能耗控制。随着聚变工程逐步放大，大规模氚循环验证、关键设备国产化、惯性约束内循环预研以及跨学科人才队伍建设，将成为氚工厂迈向实际应用的重要支撑。
