日前，第三屆核安全峰會(huì)在荷蘭海牙舉行，峰會(huì)主題是，如何加強(qiáng)核設(shè)施和核材料的保護(hù)，防止出現(xiàn)核事故。迄今，核裂變能一直存在三大問(wèn)題：能否安全運(yùn)轉(zhuǎn)；原料能否保障供應(yīng)；核廢料如何安全儲(chǔ)存。目前，幾個(gè)大國(guó)在加強(qiáng)國(guó)際合作的同時(shí)都在積極研究從核裂變邁向核聚變。如果受控核聚變得以實(shí)現(xiàn)，人類(lèi)將獲得安全、清潔、廉價(jià)和取之不竭的能源，從而在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的情況下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
核能(電)今昔
據(jù)世界核能協(xié)會(huì)(WNA)統(tǒng)計(jì)，截至2012年11月，全球共有30個(gè)國(guó)家運(yùn)行著436臺(tái)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為3.74億千瓦；13個(gè)國(guó)家正在建設(shè)62臺(tái)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為6300萬(wàn)千瓦；27個(gè)國(guó)家計(jì)劃建設(shè)167臺(tái)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1.82億千瓦。2012年全球核電鈾需求量為67990噸。
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)2013年7月15日發(fā)表報(bào)告指出，2012年核電國(guó)家在加強(qiáng)核安全方面取得顯著進(jìn)展，但437座運(yùn)行中的核反應(yīng)堆機(jī)組中，有162座使用已超過(guò)30年，有22座使用超過(guò)40年。因此，核電站老化問(wèn)題是有關(guān)國(guó)家面臨的挑戰(zhàn)。核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)放出的能量，在實(shí)用上指重元素的原子核發(fā)生分裂反應(yīng)(又稱(chēng)裂變)時(shí)和輕元素的原子核發(fā)生聚合反應(yīng)(又稱(chēng)聚變)時(shí)所放出的巨大能量。因此，核能分別稱(chēng)裂變能和聚變能。
核電站是利用原子核裂變反應(yīng)放出的核能發(fā)電的裝置。其核心是核反應(yīng)堆，它是一個(gè)能維持和控制核裂變反應(yīng)的裝置，在這里實(shí)現(xiàn)核能——熱能轉(zhuǎn)換。
20世紀(jì)60年代，美國(guó)曾積極發(fā)展核能(電)業(yè)。1973年3月，美國(guó)三里島壓水堆核電站因操作失誤等原因，發(fā)生堆芯熔毀嚴(yán)重事故，使美國(guó)核電業(yè)發(fā)展受到重創(chuàng)，美國(guó)核能(電)業(yè)陷入停滯。目前，美國(guó)有104座核反應(yīng)堆，其中69座為壓水反應(yīng)堆，35座為輕水反應(yīng)堆。奧巴馬擔(dān)任美國(guó)總統(tǒng)以來(lái)，一再?gòu)?qiáng)調(diào)美國(guó)將繼續(xù)發(fā)展核能(電)業(yè)。2012年5月，美國(guó)核管理委員會(huì)批準(zhǔn)南方電力公司兩臺(tái)AP1000核電機(jī)組的建設(shè)和運(yùn)行許可證，裝機(jī)容量均為110萬(wàn)千瓦，分別于2016年和2017年投入運(yùn)行。這是30年來(lái)美國(guó)第一次建設(shè)新的核電站。
20世紀(jì)70年代后，石油價(jià)格上漲推動(dòng)了核能(電)業(yè)發(fā)展，目前世界商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組大多數(shù)在此期間建成，稱(chēng)為第二代核電機(jī)組。俄羅斯是世界核能大國(guó)之一，擁有豐富的鈾礦儲(chǔ)量，掌握了從鈾礦開(kāi)采到發(fā)展核電整體技術(shù)。目前，俄羅斯國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)核電機(jī)組32臺(tái)，有500多家企業(yè)和機(jī)構(gòu)、19萬(wàn)人員從事核能研發(fā)工作。2012年9月，俄羅斯國(guó)家原子能公司副總裁表示，俄羅斯計(jì)劃將于2030年前再建38個(gè)核電機(jī)組。
為保證核電站安全運(yùn)行，20世紀(jì)90年代，美國(guó)和歐洲先后出臺(tái)了URD文件和EUR文件，明確了提高安全可靠性和防范嚴(yán)重事故的要求。國(guó)際上通常把滿(mǎn)足這兩個(gè)文件的核電機(jī)組稱(chēng)為第三代核電機(jī)組。2000年1月，在美國(guó)能源部倡議下，美、英、日等十個(gè)有意發(fā)展核能利用的國(guó)家，聯(lián)合組成“第四代國(guó)際核能論壇”，并于2001年7月簽署合約，約定共同合作研發(fā)第四代核能系統(tǒng)。第四代核能利用系統(tǒng)，指安全性和經(jīng)濟(jì)性都更加優(yōu)越，廢物量極少，無(wú)需廠外應(yīng)急，并具有防核擴(kuò)散能力的核能利用系統(tǒng)，其商用化估計(jì)到2030年前后實(shí)現(xiàn)。
“棄核”還是“興核”
世界核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很不平衡。據(jù)世界核能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截止2009年2月，全球運(yùn)營(yíng)的核反應(yīng)堆共436座，核電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)371927MWe，約相當(dāng)于全球電力裝機(jī)總?cè)萘康?%。北美、歐洲和東亞的核能發(fā)電量占世界核能總發(fā)電量的98%。在擁有核反應(yīng)堆的31個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，美國(guó)、法國(guó)、日本三個(gè)國(guó)家的核能發(fā)電量、在役核反應(yīng)堆數(shù)和裝機(jī)容量分別占全球的58%、50%和57%。
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，一些國(guó)家掀起核電站建設(shè)新熱潮。2009年11月英國(guó)公布核能擴(kuò)建計(jì)劃，提出興建10座核電站。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2010年3月19日公布的“能源基本計(jì)劃”草案中心內(nèi)容包括將核能發(fā)電作為“低碳電力資源的核心”，計(jì)劃在2030年前至少新建14座核電站。韓國(guó)提出在2015年前，除在建的4臺(tái)核電機(jī)組外，再建8座核電站，將核電占比提升至45%。
日本福島核電站事故發(fā)生后，一些國(guó)家展開(kāi)“棄核”還是“興核”之爭(zhēng)。日本陸地面積僅占世界陸地面積的0.1%，卻集中世界每年發(fā)生地震的10%，不具備繼續(xù)擴(kuò)建核電站的自然條件，退出“核電大國(guó)”俱樂(lè)部在所難免。但日本國(guó)內(nèi)缺少化石能源資源，去核電化將影響仍不景氣的經(jīng)濟(jì)。
目前，歐盟境內(nèi)共有143座核電站，分布在14個(gè)國(guó)家，其中，法國(guó)58座，英國(guó)19座，德國(guó)17座。核能發(fā)電量約占?xì)W盟發(fā)電總量的1/3，滿(mǎn)足其約15%的能源需求。歐盟理事會(huì)、各國(guó)政府和社會(huì)各界圍繞核電政策爭(zhēng)論激烈。2011年3月1德國(guó)總理默克爾宣布，關(guān)閉國(guó)內(nèi)1980年以前建成的7座核電站，并在2020年前逐步關(guān)停所有核電站。瑞士繼德國(guó)之后決定，逐步關(guān)停本國(guó)所有核電站。法國(guó)建立了大規(guī)模的核能工業(yè)體系，核電占法國(guó)發(fā)電總量的78%。法國(guó)則堅(jiān)持發(fā)展核電，以確保能源可持續(xù)發(fā)展。
災(zāi)難與科學(xué)相伴
世界第一座核電站運(yùn)行60多年來(lái)，已發(fā)生三次事故，越來(lái)越多的核廢料儲(chǔ)存也存在巨大隱患，特別是鈾等資源能否保證供應(yīng)，引起各方關(guān)注。從核裂變邁向核聚變是核電業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨。
1934年，法國(guó)物理學(xué)家居里夫婦用a粒子轟擊鎂和硼的時(shí)候，產(chǎn)生了人工放射現(xiàn)象。1938年，德國(guó)科學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在居里夫人實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了核裂變反應(yīng)。1942年12月，費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們?cè)谥ゼ痈绱髮W(xué)體育場(chǎng)西看臺(tái)下一個(gè)網(wǎng)球廳操縱世界上第一座核反應(yīng)堆啟動(dòng)運(yùn)行成功，首次實(shí)現(xiàn)了大型核反應(yīng)堆和制造钚的工廠，按時(shí)、按值、按量提供钚。在著名物理學(xué)家勞倫斯領(lǐng)導(dǎo)下，科學(xué)家在1944年生產(chǎn)出濃縮鈾235。在得到足夠的核裂變材料后，加利福尼亞大學(xué)物理學(xué)家?jiàn)W本海默領(lǐng)導(dǎo)制造出實(shí)用的原子彈。
哈恩與他的同事、助手實(shí)現(xiàn)了核裂變反應(yīng)，奠定下制造原子彈、原子能和平利用的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。但在第二次世界大戰(zhàn)期間，哈恩竭盡其力不使德國(guó)獲得原子彈。1958年，由哈恩發(fā)起、50多位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者簽名的“宣言”指出：“在今天的戰(zhàn)爭(zhēng)中，如果不加限制地使用一切可能的武器，將會(huì)使地球沾染上放射性，其強(qiáng)度足以滅絕全人類(lèi)�！�
核裂變?cè)现饕氢櫋Ｔ谌蛞烟矫麾櫟V資源儲(chǔ)量中，澳大利亞占25%，哈薩克斯坦占20%，其他鈾礦資源儲(chǔ)量較多的國(guó)家有加拿大、俄羅斯、烏茲別克斯坦和尼日爾等非洲國(guó)家。日本曾在1955年12月制定的《原子能基本法》中就明確把釷與鈾并列為核裂變“原料”。2010年9月，日本內(nèi)閣府原子能委員會(huì)代理委員長(zhǎng)鈴木達(dá)次就核裁軍和防止核擴(kuò)散提出“十項(xiàng)建議”中再次提出，應(yīng)開(kāi)發(fā)釷核電技術(shù)。據(jù)科學(xué)家們估計(jì)，全球釷礦資源儲(chǔ)量比鈾礦資源儲(chǔ)量多三、四倍，分布在許多國(guó)家，已探明釷礦資源儲(chǔ)量足夠世界使用100年。釷在反應(yīng)堆燃燒過(guò)程不產(chǎn)生钚——制造核武器的原料，不僅核廢料較少，而且放射性也比鈾少得多，是一種安全的核裂變?cè)稀?/P>
“裂變”邁向“聚變”
鈾、釷礦資源都是不可再生資源。因此，一些國(guó)家正大力研發(fā)從核裂變邁向核聚變。從核裂變邁向核聚變是核電業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨。目前，受控核聚變領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)有二：一是利用氫同位素為原料，二是利用氦-3為原料。
氦-3是一種公認(rèn)的高效、清潔、安全核聚變?cè)�。椐科學(xué)家們估計(jì)，100噸氦-3就可提供目前全世界一年的能源使用量。但是，在地球上氦-3的儲(chǔ)量極少，不具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。因此，一些國(guó)家正在研發(fā)利用氫同位素為原料，即核聚變?cè)现饕菤洹㈦碗�。氘也叫重氫�?公斤海水中含有0.034克氘，故地球海洋里有約23.4萬(wàn)億噸氘，足夠人類(lèi)使用幾十億年�？茖W(xué)家從一升海水可提煉1/6克氘，其聚變后放出的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒釋放的能量。浙江大學(xué)物理學(xué)教授盛正卯介紹，從海水中提煉氘技術(shù)已掌握，問(wèn)題是核聚變過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)可控，一旦解決了可控的核聚變難題，不僅將解決全世界的能源問(wèn)題，而且放射性微少，不產(chǎn)生核廢料，對(duì)環(huán)境的污染很小。
美國(guó)科學(xué)家希望通過(guò)模仿太陽(yáng)中心核聚變能原理，打造出微型“人造太陽(yáng)”，為將來(lái)探索新能源帶來(lái)希望。在加利福尼亞州弗莫爾市的“國(guó)家點(diǎn)燃設(shè)施”實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家的目標(biāo)是制造出1億攝氏度以上的溫度和比地球上任何地方大數(shù)十倍的壓力，而產(chǎn)生此溫度和壓力的來(lái)源只是相當(dāng)于針尖大小的一點(diǎn)氫燃料。
《科技日?qǐng)?bào)》2013年1月援引《科學(xué)》雜志網(wǎng)站提供的信息：歐盟負(fù)責(zé)核聚變研發(fā)工作的機(jī)構(gòu)——?dú)W洲核聚變發(fā)展協(xié)會(huì)發(fā)布的歐盟聚變示范電站設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)路線圖，計(jì)劃于2050年建成一座未來(lái)可供工業(yè)界使用的原型聚變電站。作為最主要的備用計(jì)劃，路線圖倡導(dǎo)繼續(xù)仿星器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。仿星器是一種替代性聚變反應(yīng)堆，其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。德國(guó)的溫特爾斯坦仿星器7-X(W7-X)將于2014年建成，科學(xué)家在W7-X反應(yīng)堆安裝一種叫“仿星器”的設(shè)備，旨在模仿恒星內(nèi)部持續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)。
物理學(xué)家組織網(wǎng)站2013年9月援引勞倫斯.利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室報(bào)告稱(chēng)，世界最大激光器、被稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置正距離其目標(biāo)越來(lái)越近，一個(gè)可持續(xù)核聚變反應(yīng)裝置正在由夢(mèng)想逐步成為現(xiàn)實(shí)�！ 皵�(shù)十年后，核聚變能源將替代石油等傳統(tǒng)燃料�！�
探索未來(lái)能源
歐盟聚變示范電站設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)路線圖認(rèn)為，人類(lèi)在利用聚變發(fā)電方面取得進(jìn)展的關(guān)鍵在于“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃”的實(shí)施。
2005年6月，歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)和中國(guó)的國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆計(jì)劃六方代表在莫斯科達(dá)成協(xié)議，確定法國(guó)南部城市馬賽附近的卡達(dá)拉舍為國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆的建造地。國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計(jì)劃的目的是建立世界上第一個(gè)受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，其規(guī)模與未來(lái)實(shí)用型的核聚變反應(yīng)堆相仿，用以解決建設(shè)核聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。計(jì)劃建造的熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆預(yù)計(jì)將耗資128億美元，其中，歐盟承擔(dān)40%，其他五方分別承擔(dān)10%。這是除國(guó)際空間站外又一規(guī)模最大的國(guó)際科技合作項(xiàng)目。2006年11月，歐盟、美國(guó)、中國(guó)、日本、俄羅斯、韓國(guó)和印度的代表在法國(guó)總統(tǒng)府愛(ài)麗舍宮共同簽署了國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計(jì)劃聯(lián)合實(shí)施協(xié)定。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃正式啟動(dòng)，這是人類(lèi)在核聚變研究、共同探索未來(lái)能源的里程碑事件。
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆的原理類(lèi)似太陽(yáng)發(fā)熱，即在上億攝氏度的超高溫條件下，利用氫的同位素氘、氚的聚變反應(yīng)釋放出核能。核聚變?nèi)剂想碗翱梢詮暮Ｋ刑崛�，核聚變反�?yīng)不產(chǎn)生溫室氣體及核廢料。由于原料取之不盡、不危害生態(tài)環(huán)境，因此，核聚變能源成為未來(lái)人類(lèi)寄予厚望的新能源。
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)正在取得進(jìn)展,將于2019年在法國(guó)開(kāi)始試驗(yàn)。如果試驗(yàn)成功，該項(xiàng)目獲得的數(shù)據(jù)將幫助ITER研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)在2040年前建成的、2000兆瓦至4000兆瓦的示范性核聚變電站。一些專(zhuān)家預(yù)測(cè)，人類(lèi)有望在30至50年內(nèi)掌握核聚變技術(shù)，從而有效解決人類(lèi)面臨的能源和環(huán)境問(wèn)題。
中國(guó)全面提升核安全水平
自1984年以來(lái)，中國(guó)核能業(yè)發(fā)展迅速。目前中國(guó)已有商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組17臺(tái)，總裝機(jī)容量1470萬(wàn)千瓦，在建核電站機(jī)組29臺(tái)，總裝機(jī)容量3057萬(wàn)千瓦，經(jīng)成為全球核電發(fā)展的重心之一。
2012年10月，國(guó)務(wù)院批復(fù)《核安全與放射性污染防治“十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》，強(qiáng)調(diào)安全是核電發(fā)展的生命線，全面加強(qiáng)核電安全管理，必須把安全第一的方針落實(shí)到核電規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、退役全過(guò)程及所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)。2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)具體包括：運(yùn)行和在建核設(shè)施安全水平持續(xù)提高，“十三五”及以后新建核電機(jī)組力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放的可能性。到2020年，核電安全保持國(guó)際先進(jìn)水平，核安全與放射性污染防治水平全面提升，輻射環(huán)境質(zhì)量保持良好。在具體實(shí)施過(guò)程中，提高核電技術(shù)準(zhǔn)入門(mén)檻，需按照全球最高安全要求新建核電項(xiàng)目，新建核電機(jī)組必須符合三代安全標(biāo)準(zhǔn)。
2013年10月，在四川省綿陽(yáng)參加中國(guó)科技城科技博覽會(huì)的中核集團(tuán)工作人員表示，中國(guó)自主三代核電品牌ACP1000已具備2013年底開(kāi)工條件，同時(shí)，多重防護(hù)措施保證其有能力抵御“福島式”核事故。中國(guó)三代核電站建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，四代核電技術(shù)取得突破�！逗穗娭虚L(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》確定，2015年將完成原規(guī)劃當(dāng)中的在運(yùn)4000萬(wàn)千瓦核電裝機(jī)的目標(biāo)，在建核電裝機(jī)規(guī)模有所上調(diào)，將略超過(guò)2000萬(wàn)千瓦；到2020年中國(guó)核電裝機(jī)容量將達(dá)到在運(yùn)5800萬(wàn)千瓦，在建3000萬(wàn)千瓦。
2013年10月，英國(guó)政府與法國(guó)電力集團(tuán)公司(法電集團(tuán))達(dá)成工程建設(shè)協(xié)議，后者將與法國(guó)阿海法核電集團(tuán)以及中國(guó)兩家核電企業(yè)合作，在英國(guó)興建兩臺(tái)第三代壓水堆核電機(jī)組，總投資160億英鎊，法電集團(tuán)將持股40%至50%，阿海法將持股10%，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)和廣東核電集團(tuán)有限公司將共同持股30%至40%。
