Z-Pinch：永恒之火

第六卷外篇净火纪元：混合堆的社区时代——从“烧氦”到“烧土”

2155年·火星·阿尔西亚平原社区

经济账的逼迫

阿尔西亚一号纯聚变社区堆（D-He?）已经稳定运行了五年。它很可靠，很干净，很安静。但阿尔西亚能源委员会主任林娜每个月看电费账单时，总有一个数字让她不舒服：燃料费。

阿尔西亚一号每年消耗氦-3约15公斤。火星本地生产的氦-3成本是每公斤三百万元（含开采、提纯、运输）。每年燃料费四千五百万元。虽然度电成本仍比柴油便宜，但这笔钱流向了火星氦-3矿业联合体——那个在木星轨道开采氦-3的垄断巨头。

“氦-3是奢侈品，”林娜在能源委员会上说，“我们火星人自己挖氦-3，卖给地球，赚回飞船、芯片、药品。但用氦-3来烧锅炉？太浪费了。我们需要一种更便宜的燃料。铀-238，钍-232，就在火星地壳里，到处都是。挖地基的碎石里就有钍。”

“那是裂变材料，”安全委员反对，“阿尔西亚一号的居民会同意在社区里建裂变堆吗？”

“不是裂变堆，是混合堆。聚变中子驱动裂变包层。裂变包层是次临界的，没有聚变中子就会停止反应，不可能失控。切尔诺贝利那种事故在物理上就不可能发生。”

一、混合堆原理：用聚变中子“点”裂变火

陈远（陈曦的孙子）从地球飞到火星，带来了北山设计院的混合堆方案。

“混合堆的核心是：用Z-FFR作为中子源，轰击外围的裂变包层。裂变包层里的铀-238或钍-232吸收中子后变成钚-239或铀-233，然后裂变，释放能量。能量放大倍数可以达到20到30倍。”

陈远画了一张能量流图：

·聚变输入：1份能量（来自D-D或D-T，成本低）

·聚变产出：1份能量（中子+热）

·裂变倍增：20份能量（铀-238裂变）

·总输出：21份能量

“用混合堆，每1份聚变能可以产生20份裂变能。燃料从昂贵的氦-3换成了几乎免费的贫铀或钍。度电成本可以从0.28元降到0.08元，和大型机组持平。”

“代价呢？”林娜问。

“三样东西：裂变产物、核废料、公众恐惧。裂变产物需要处理，核废料需要储存，公众需要科普。但混合堆的废料产量只有传统裂变堆的十分之一，而且半衰期短（因为高能中子把长寿命锕系元素也烧掉了）。它不是零废物，但接近了。”

二、技术路线：从D-He?到D-T+钍

阿尔西亚一号原本用的是D-He?燃料，点火温度高，但中子通量低，设备寿命长。混合堆不需要低中子通量——它需要中子来驱动裂变。因此，燃料切换为D-T（氘-氚）。

“D-T点火温度只有1.5亿度，比D-He?低得多。技术难度降了，建造成本也降了。代价是D-T会产生14MeV的高能中子，会活化堆芯材料。但混合堆的裂变包层本身就是为了吃中子，中子被包层吸收后，对堆芯的损伤反而小了。”

陈远展示了混合堆的剖面设计：

1. 聚变芯：Z-FFR，D-T燃料，输出14MeV中子，热功率5兆瓦。

2. 裂变包层：包裹在聚变芯外围，厚度50厘米。材料：钍-232（或贫铀）。吸收中子后裂变，热功率100兆瓦。

3. 中子反射层：包裹在裂变包层外围，材料：铍。将泄漏的中子反射回包层，提高中子利用率。

4. 屏蔽层：2米厚混凝土，与纯聚变堆相同。

5. 能量转换：MHD+汽轮机联合循环，与纯聚变堆相同。裂变包层的热量通过液锂回路导出，与聚变芯的热量合并，进入MHD通道和余热锅炉。

“这套设计的优势是：裂变包层是次临界的。没有聚变中子的‘点火’，包层不会自己烧起来。所以它比传统裂变堆安全得多。”

三、混合堆社区堆原型：阿尔西亚二号

2157年·火星·阿尔西亚平原

建造与调试

阿尔西亚二号建在一号旁边，规模相当。但燃料不同：一号用D-He?，二号用D-T+钍。建造成本：一号一千九百万元，二号二千二百万元（多了裂变包层和后处理系统）。燃料成本：一号每年四千五百万元，二号每年三百万元（钍从火星本地开采，成本极低）。

“点火。”

D-T聚变启动，中子通量达到设计值。裂变包层中的钍-232开始吸收中子，转变为铀-233，裂变释放能量。全息屏上的数据：

·聚变功率：5兆瓦（热功率）

·裂变功率：95兆瓦（热功率）

·总热功率：100兆瓦

· MHD+汽轮机输出：44兆瓦（效率44%）

·裂变产物产量：每年约10公斤（处理后玻璃固化，体积一个油桶）

“裂变产物怎么办？”林娜问。

“火星上有一个深地质处置库，在北半球极地。每年一桶，运过去埋了。混合堆的裂变产物只有传统裂变堆的十分之一，半衰期也短得多。三百年后，它的放射性和天然铀矿石差不多。”

四、经济账：混合堆完胜

阿尔西亚二号运行一年后，林娜拿到了对比数据：