化石能源是有限的，百年之后將面臨枯竭，人類迫切地需要新的替代能源。Z-FFR能為解決能源、環境、氣候問題提供優良的一攬子解決方案，并有望成為未來規模能源的主力。
核能，是通過核反應從原子核釋放的能量，其釋放的方式包括核裂變、核聚變和核衰變3種。其中，核聚變因為安全性高、放射性少，一度成為科學家心中追求未來能源的理想目標。
混合：取長補短的方案
“不管用何種技術途徑實現核聚變，純聚變能源系統都因其技術難度、經濟性和可持續性方面的問題，與太陽能等可再生能源相比不具有競爭力。而核裂變能中的熱堆由于資源利用率過低不可能成為未來能源，快堆則由于其經濟性、后處理、倍增時間及安全性等方面的原因，發展也受到了制約。”中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員彭先覺告訴《中國科學報》記者。
經過多年研究，彭先覺提出把聚變和裂變進行巧妙結合，利用次臨界能源堆對聚變能的放大作用（20倍左右），可大幅度降低對聚變中子源強度的要求，為聚變技術應用于能源的可行性創造條件；而大量聚變中子的加入，又為改進或去除裂變堆的缺點提供了可能。因此，彭先覺認為，聚變和裂變的結合，是未來核能源發展一個非常有前景的方向。
兩項獨創關鍵技術
早在2008年10月，彭先覺正式提出這種全新核能源的概念，即“Z-箍縮驅動聚變裂變混合堆（Z-FFR）”。目前“Z-FFR”在中國工程物理研究院及下屬多個研究所、國防科工局、中國ITER中心、國家自然科學基金委的參與支持下已進行了近十年的深入概念研究，形成了基本的設計方案，從物理原理、材料、工藝技術等各方面都未發現有不可逾越的障礙。
在這個設計方案里，Z-FFR主要包含3個部分：Z-箍縮驅動器、聚變靶及爆室、次臨界能源堆。所謂Z-箍縮，就是當電流流過柱形套筒導體時會產生角向磁場，該磁場作用于導體載流子，將產生指向柱中心軸的洛倫茲力，即壓力，并導致自箍縮效應。
“當電流達到數十兆安量級時，產生的磁壓力十分巨大，達百萬大氣壓以上，驅動套筒等離子體高速向心內爆，速度可達每秒數百公里，能為靶丸實現聚變創造良好的條件。利用Z-箍縮驅動實現聚變的優勢就在于驅動器技術相對簡單、造價低廉、能量充足且轉換效率高。”彭先覺說。
在Z-FFR方案中，有兩項重要關鍵技術是獨創，這就是慣性約束聚變靶和次臨界能源堆。
在慣性約束聚變靶的設計中，彭先覺認為，需要重點把握的3個關鍵因素是：提供給靶的能量、解決聚變燃料壓縮的球對稱性及燃料的點火燃燒問題。因此，他創造性地提出了一種與美國LLNL“中心點火靶”設計理念完全不同的“局部整體點火靶”模型，并設計了套筒與靶能量傳遞結構，經過各項數值計算表明，“局部整體點火靶”模型更勝一籌，能夠實現GJ級聚變放能。
在次臨界能源堆方面，彭先覺主張走與“傳統”次臨界堆完全不同的設計路線，以能源為目標，克服現有裂變堆面臨的瓶頸問題，力求簡明、簡便、安全、經濟。在該理念的指導下，他提出了以天然鈾金屬合金為初始燃料，輕水為傳熱、慢化介質并與壓水堆技術結合的設計。為使該技術路線可行，他與團隊還提出了具體的設計方案，徹底地解決了反應堆的臨界安全和余熱安全問題。
驅動器方面，彭先覺認為，目前來看至少用于聚變研究的60兆安電流的驅動器是可建成的。而能源應用的難點在于驅動器的長壽命，如果壽命大于1年，則要求電容器、開關的重復運行次數達300萬次以上，這在目前尚沒有確切的把握。
但從基本參數看，困難也不是不可克服的。針對60～70兆安級驅動器方案，團隊提出了幾項主要技術措施，如采用LTD拓撲結構，降低基本放電單元的能量和功率；增大電流脈沖上升前沿時間和負載半徑；提出新型的磁絕緣傳輸線（MITL），等等。他認為，“經過對元器件、材料的攻關，是有望達到預期目標的�！�
未來規模能源的主力
“Z-FFR充分體現了聚變和裂變優勢互補的特點，大大提高了核能的安全性，沒有臨界安全問題，也完全避免了余熱安全問題；提升了經濟性，100萬千瓦堆建造成本預計在30億美元；增加了持久性，鈾、釷資源利用率可達90%以上，可為人類供能數千年；體現了環境友好性，核廢料很少，易處置，因而它是具有極強競爭力的未來能源。”彭先覺說。
基于項目的特點和重要意義，彭院士團隊提出了如下的研究發展路線圖：2025年前是關鍵技術攻關階段，希望建成50兆安左右的驅動器以驗證聚變；2025年到2035年為技術集成和功能演示階段；力爭2035年左右進行工業應用演示。
彭先覺說，當前，全世界都面臨著能源危機，最主要的原因就是人們過度依賴化石能源。而化石能源是有限的，百年之后將面臨枯竭，人類迫切地需要新的替代能源。Z-FFR能為解決能源、環境、氣候問題提供優良的一攬子解決方案，并有望成為未來規模能源的主力。
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