8月8日，江西聚变新能源有限责任公司（以下简称“江西聚变”）在媒体平台正式对外介绍其基于高温超导托卡马克装置的聚变-裂变混合堆——“星火一号”，计划2029年底完成装置建设，2030年实现演示发电。本篇文章将从“星火一号”项目概况切入，深入解读聚变—裂变混合堆的基本概念、发展历史、优劣势以及代表性项目，以供参考！
一、江西聚变与“星火一号”
江西聚变成立于2024年8月，由江西省电子集团有限公司和江西联创超导技术有限公司共同投资组建，首期注册资本2亿元人民币，目前正在设立北京和深圳联合技术研究中心。江西聚变专注于聚变能源技术开发和商业化，致力于成为全球领先的聚变能源标杆企业，为国家清洁能源的自主安全供给提供创新性解决方案。
公司聚焦系列化星火核聚变工程，打通包括理论与原理验证、关键材料和关键部件研发、系统集成与测试、示范堆建设与运行、涉核质量安全管理在内的技术链和产业链，打造具有国际影响力的可控核聚变技术产业集群和创新平台。“星火一号”项目由
江西聚变
投资建设，采用先进的“聚变-裂变”混合堆技术，聚变部分采用基于
高温超导技术的紧凑型托卡马克
装置，等效聚变功率大于
40MW，
总功率
300MW
，实现混合堆
100MW
级并网发电，具备显著经济效益和社会效益。高温超导混合堆技术能够有效解决传统聚变技术面临的多项难题，可以处理核废料，生产同位素药和核元素。一期项目落户南昌市瑶湖科学岛，计划
2029年年底
完成装置建设，
2030年
实现演示发电，力争在江西发出全球核聚变第一度电。
二、混合堆概念及功能
聚变-裂变混合堆（Fusion-Fission Hybrid Reactor），是一种结合聚变中子源与次临界裂变包层的核能系统，旨在实现核燃料增殖、核废料嬗变、能量生产输出及氚自持等功能。
燃料增殖：聚变中子轰击铀-238或钍-232，生产钚-239或铀-233，供给裂变电站。
核废料嬗变：中子轰击次锕系核素（如镅、锔），将其裂变为短寿命同位素，减少放射性危害。
能源生产：裂变包层能量放大（可达聚变能量的20倍以上），实现高效发电。
氚自持：通过锂包层增殖氚，维持聚变燃料循环。
三、混合堆发展历史
混合堆的发展大致经历了三个阶段：
1.概念提出与早期研究阶段（1950年代-1970年底）
混合堆概念最早于20世纪50年代初由美苏科学家提出，旨在解决铀资源短缺和核废料处理问题。例如，H.A.Bethe（即汉斯·贝特）等学者提出利用聚变中子增殖裂变燃料。（关于其本人生平以及对核聚变领域的贡献，可以回顾我们的过往文章：
贝特循环：汉斯·贝特对恒星核聚变的贡献
）
美国在1970年代深入研究混合堆，将其视为核能技术的重要方向。1979年美苏普林斯顿研讨会确认混合堆为"核能发展下一步"，计划1990年代中期实现商用示范堆
苏联将混合堆作为聚变能利用的第一阶段，以T-15托卡马克为基础设计工程试验堆OTR，原计划目标2000年前建成。
2.系统化研究阶段（1980年代-2000年代）
中国核物理学家李寿枬在1980年中国核学会大会上首次提出"甩掉快堆、发展混合堆"的技术路线构想，推动中科院等离子体所（ASIPP）和核工业西南物理研究院（SWIP）启动概念设计。
1986年纳入国家高技术计划后，中国在混合堆设计（如HHTHR物理概念）、材料工艺（如第一壁材料）、中子学实验等领域取得突破，形成国际影响力。1980年代后因铀资源新发现、核能需求放缓及核不扩散顾虑，美欧研究减弱（美国曾暂停氚生产项目）。2000年后因核废料累积和气候变化压力，中、美、日、韩重启研究，聚焦放射性废物嬗变和可持续燃料循环。
3.工程化突破与发展阶段（2010年代至今）
208年彭先觉团队提出
Z箍缩驱动混合能源堆（Z-FFR）
，利用聚变中子驱动裂变包层，实现U-238裂变或转化为Pu-239，无需燃料后处理。美国开发
次临界先进燃烧堆（SABR）
，期望结合托卡马克聚变源与钠冷快堆，嬗变超铀核素。
四、混合堆优势与挑战
1.混合堆的优势
资源利用率高：一是可以显著提升铀资源利用率，可将铀-238转化为钚-239，或钍-232转化为铀-233。相比快堆需初始工业钚装料（如钚-239），混合堆可直接利用天然铀或贫铀，支持比（N值）更高（即一个混合堆可为多个裂变堆供料）。二是促进钍资源开发，通过高效转化钍-232，解决我国钍基燃料利用难题，为中国等钍资源丰富国家提供千年能源方案。
核废料嬗变与环保性：一是聚变中子通量高、能谱硬，可嬗变长寿命锕系核素（如镅、锔），将放射性危害从数万年缩短至百年级。二是次临界设计（k_eff <1）杜绝了堆芯失控风险，大幅提升安全性。
经济性与技术门槛：以Z箍缩驱动的混合堆建造成本为例，建造成本约30亿美元（100万千瓦，即1GW），远低于纯聚变堆（>100亿美元），与快堆（50-60亿美元）相当。另外，混合堆对聚变要求降低，能量倍增系数（M≥10）使聚变Q值仅需1-2即可运行，依托现有托卡马克技术即可实现。
能源输出与燃料循环：裂变包层能量放大效应显著，输出能量可达聚变部分的20倍以上。另外，在氚自持能力方面，锂包层设计实现氚增殖，维持聚变燃料循环。
战略衔接作用：混合堆作为一个过渡性方案，能够为纯聚变堆积累工程经验，解决裂变堆的燃料短缺和废料难题，促进"化石能源→混合堆→纯聚变"的平稳过渡。
2.混合堆面临的挑战
工程与技术集成难度大：一是体现在中子经济性差，大量中子被结构材料吸收或泄漏，需优化包层设计以提高中子利用率。二是耐辐照材料研发难度大，14MeV聚变中子对第一壁材料损伤严重，现有材料（如CLAM钢）寿命不足，需开发抗辐照纳米结构合金或液态金属基材料。三是技术成熟度尚且不足，比如Z箍缩驱动方案需10MA级脉冲电流（如中国"聚龙一号"），等离子体约束与稳定性仍待验证堆。四是燃料循环面临情况复杂。
经济与政策风险：一是燃料循环成本较高，后处理技术需简化，否则经济性难与快堆竞争。二是核扩散顾虑，钚-239增殖可能引发防扩散争议。
五、部分混合堆相关装置
苏联OTR混合堆（苏联，设计）：基于T-15超导托卡马克，设计发电与燃料生产双功能，但因苏联解体未建成。苏联现有的T-15MD，本质上也是混合堆的聚变部分，详情可回顾：
俄罗斯的中型托卡马克装置：T-15MD
In-Zinerator（美国，计划）：由美国桑迪亚国家实验室（SNL）设计，结合Z箍缩聚变与裂变包层，实现高能量放大。
聚龙一号（中国，建成）：中物院研制的Z箍缩驱动器（电流8–10MA），为混合堆提供实验平台，探索"局部整体点火"技术。
FDS系列混合堆（中国，设计）：中科院等离子体所设计，包层装载超铀元素，能量放大倍数达数十倍，适用于核废料嬗变。
Z-FFR混合堆（中国，设计）：采用液态金属/熔盐冷却，直接利用裂变能，无需燃料后处理，降低长寿命核素产量。
星火一号（中国，在建）：基于高温超导的紧凑型托卡马克的混合堆。
参考链接：
- https://mp.weixin.qq.com/s/vbPEgHxDqAaIh33Ue3_cpw
- https://mp.weixin.qq.com/s/WWoXOKFp1CxRHIX8fysktw