第四代核能發(fā)展的困境

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1.核能是可持續(xù)的能源學(xué)“核”出身的人，很少懷疑核能的“可持續(xù)性”。因?yàn)閻垡蛩固官|(zhì)能關(guān)系E=MC2是經(jīng)證實(shí)、宇宙普遍適用的客觀規(guī)律。地球上的能源最終來源于質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量的核反應(yīng)過程。原子核內(nèi)蘊(yùn)藏著極大的能量，比原子、分子的化學(xué)能高百萬倍！上個世紀(jì)前期是核物理學(xué)發(fā)展的“黃金時代”。1896年英國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射現(xiàn)象后，1905年德國理論物理學(xué)家愛因斯坦提出了質(zhì)能關(guān)系定律，引起物理學(xué)界的思考與探索。1932年英國物理學(xué)家詹姆斯?查德威克發(fā)現(xiàn)中子；1835年日本物理學(xué)家湯川秀樹提出原子核本性假說，核由質(zhì)子與中子組成，靠“核力”克服質(zhì)子間的固有斥力，束縛在一起。1939年1月德國化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)鈾裂變，但無法做出科學(xué)的解釋；奧地利女物理學(xué)家梅特娜和她的外甥物理學(xué)家弗里希把哈恩的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與愛因斯坦理論結(jié)合起來，既說明了核裂變的本質(zhì)，也證實(shí)了E=MC2定律的普適性。核裂變同時釋放大量能量的新聞及其駭人的可能性，在極短時間內(nèi)引起核物理學(xué)界的震驚是難于形容的?！笆澜缟现灰泻宋锢韺W(xué)家的國家都在討論、實(shí)驗(yàn)或發(fā)展核能”，連大學(xué)物理專業(yè)的學(xué)生都在議論這一發(fā)現(xiàn)的重大意義[1]。1942年12月2日，費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)的核科學(xué)家在芝加哥大學(xué)體育館地下室內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)受控的鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)，宣布世界進(jìn)入“原子時代”；1951年12月20日鈉化鉀冷卻實(shí)驗(yàn)快堆EBR-I首次發(fā)電點(diǎn)亮4個燈泡[2]，則是理論指導(dǎo)實(shí)踐的范例與核能成功躋身能源行列之光。1951年12月20日，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室I#實(shí)驗(yàn)增殖堆（EBR-I）

首次發(fā)電，用四個點(diǎn)亮的燈泡標(biāo)志這一歷史事件從發(fā)現(xiàn)核裂變至今只有70年，但核電裝機(jī)達(dá)到370百萬千瓦（GWe），占世界電力容量的16%、發(fā)電量的20%、一次能源供應(yīng)的6%，成為不可或缺的三大能源支柱之一，是人類智慧創(chuàng)造的偉大奇跡！盡管發(fā)現(xiàn)自然界可能裂變的物質(zhì)只有鈾和釷，目前利用的核能還限于天然鈾中含量0.71%的鈾-235，但科學(xué)實(shí)踐證明天然鈾和釷中蘊(yùn)涵的核能都能開發(fā)出來。鈾和釷是地球殼層含量比較豐富的化學(xué)元素，除自然衰變成為“地?zé)帷焙吞烊环派湫员镜着c污染源外，其它用途有限。但充分開發(fā)利用鈾和釷的裂變能，就可最終解除世界能源供應(yīng)的憂慮，改變幾十億人的生活方式，提高生活質(zhì)量，使全人類活得有“尊嚴(yán)”。因?yàn)?，鈾或釷的裂變能得到充分利用，一百萬千瓦(1Gwe)的核電機(jī)組每年只需1噸核燃料。2050年全世界90億人口，按照西方先進(jìn)國家人均耗能的1/2考慮(～3kWe，目前中國人均1.6kWe)[3]，27000GWe核電機(jī)組，年需核燃料2.7萬噸，靠現(xiàn)有的天然鈾資源(470萬噸)可供應(yīng)～200年。如果考慮陸地花崗巖和海水中的天然鈾(分別為2200萬噸和4億噸)，再加上釷資源，實(shí)際上可供應(yīng)人類能源幾千、上萬年。這是核科學(xué)界的“追求”和“夢想”。它的代表人物、諾貝爾物理獎獲得者、美國原子能委員會主席西博格1972年曾保證，“2000年前后核裂變不僅會在全球電力生產(chǎn)中占主要地位（隨著快增殖堆份額的增加），而且我們還要依靠商業(yè)聚變與核推進(jìn)宇宙飛船載人去火星”；美國原子能委員會1974年預(yù)報，2000年美國核裝機(jī)容量為1200GWe[4]。然而目前的現(xiàn)實(shí)是，全世界運(yùn)行的～440臺核電機(jī)組，多是靠固體鈾/钚燃料運(yùn)行的熱（中子）堆，卸料前增殖的钚裂變占輸出熱能的30-40%。乏燃料卸出后，絕大多數(shù)現(xiàn)場冷卻、儲存，用增殖钚運(yùn)行的反應(yīng)堆很少。自然界釷是鈾資源的三至五倍，但只有印度計劃大規(guī)模用于核電。中國某些地方釷資源呈尾料、礦渣形態(tài)，嚴(yán)重污染著周邊環(huán)境[5]。2.近期發(fā)展核電,輕水堆是“唯一選擇”美國“智庫”MIT（麻省理工學(xué)院）在核能上是個“中間”偏右的多學(xué)科研究機(jī)構(gòu)，早在美國能源部發(fā)起研發(fā)“第四代”核能系統(tǒng)的初期(2003年)就在其綜合報告“核能的未來”中明確表態(tài)，“在今后50年內(nèi)，滿足經(jīng)濟(jì)、安全、廢物管理以及防止核擴(kuò)散方面最好的選擇是開環(huán)、一次通過燃料循環(huán)”。而且說“在全球核電裝機(jī)容量逐漸增長的情景下(如2050年達(dá)到1000GWe)，有足夠的鈾資源可以合理的成本支持這個選擇”[6]。MIT物理學(xué)教授歐內(nèi)斯特?莫尼斯(曾任能源部副部長)甚至斷言，“未來幾十年內(nèi)，輕水堆(LWR)將是唯一選擇”[7]。所謂“開環(huán)”或“一次通過”核燃料循環(huán)，就是天然鈾或濃縮鈾燃料在反應(yīng)堆內(nèi)“燃燒”一次，出堆后經(jīng)冷卻、包裝后放入地質(zhì)處置場永存。的確，目前世界在建與計劃建造的核電機(jī)組，輕水堆占絕對優(yōu)勢,但對MIT“有足夠鈾資源”的樂觀，認(rèn)識并不一致。1GWe的輕水堆機(jī)組60年運(yùn)行壽期約需要1萬噸天然鈾，如電廠業(yè)主按40%的燃料準(zhǔn)備，現(xiàn)有的資源就很緊張。而且，要考慮世界日益緊張的能源供應(yīng)現(xiàn)實(shí)引發(fā)的變化。傳統(tǒng)石油衰退即將來臨，天然氣的峰值也只是10年后的事件，而且比全球變暖的長遠(yuǎn)危機(jī)更加嚴(yán)重。兩組事件推動快速發(fā)展與部署低碳基能源系統(tǒng)?？稍偕茉吹淖畲笙拗凳悄茉葱枨蟮?0%，而且只適合人口分散的農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)。除了化石燃料之外，世界能源供應(yīng)只能依靠核能[8]。1980年以來，石油消耗超過新發(fā)現(xiàn)，與2010-2015年石油峰的預(yù)計一致近期發(fā)展核電，中國走在世界前列，為某些國家效法和羨慕。有個美國人在網(wǎng)上寫道，中國要建造那么多的核電而美國的議員們卻無動于衷，“恨不得搬起椅子把他們砸醒”。當(dāng)前的事實(shí)是美國政府、特別是奧巴馬政府基本上接受MIT的觀點(diǎn)。盡管突出節(jié)能和發(fā)展可再生能源，甚至花巨資投入碳捕獲與扣押技術(shù)，但有可能發(fā)現(xiàn)其它措施作用有限(可再生能源)或不現(xiàn)實(shí)(碳捕獲與扣押技術(shù))之后，轉(zhuǎn)而接受共和黨的提案，建造更多的核電。就在最近，奧巴馬批準(zhǔn)了“全美近30年來第一個核反應(yīng)堆建設(shè)提供85億美元的貸款擔(dān)?！?，而且“還要求國會將預(yù)算中與核能產(chǎn)業(yè)相關(guān)的貸款擔(dān)保金額從185億美元提高到540億美元”。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省最近制定的能源基本計劃草案，“以確保安全為前提，重點(diǎn)發(fā)展以核電為主的低碳電源，到2030年至少增加14座核電站，核電站利用率從現(xiàn)在的60％提高到90％”。這是個重要信號。說明西方世界盡管對核電仍然有點(diǎn)神經(jīng)過敏，但有可能發(fā)生“急轉(zhuǎn)彎”。加上其它國家，包括印度、俄羅斯和其它國家龐大的發(fā)展計劃，對世界鈾資源可能出現(xiàn)短缺，不能掉以輕心。正在北海下每天2700噸/天扣押CO2，占美國煤炭發(fā)射～0,03%“熱堆”取得這樣的成就，得到這么多的重視與考慮，有現(xiàn)在的輝煌，而且還要“堅持若干年”，實(shí)在出乎核能先驅(qū)們的“意外”。因?yàn)樵谒麄兛磥?，熱堆的“?yōu)勢”實(shí)在可憐（中子經(jīng)濟(jì)極差，熱效率太低），發(fā)展熱堆只是“權(quán)宜之計”?！安捎媚壳暗姆磻?yīng)堆，只利用1％左右的天然鈾”，“核能可能注定要消亡”。早就應(yīng)該通過“閉(路循)環(huán)”，過渡到更先進(jìn)的“增殖”堆了！只要“閉環(huán)”的增殖堆實(shí)驗(yàn)成功并大規(guī)模部署，核燃料資源不存在“任何問題”。

3.核燃料“閉環(huán)”—核科學(xué)家的“伊甸園”早在核能發(fā)展初期，核科學(xué)先驅(qū)們就清醒地認(rèn)識到：天然鈾資源有限，靠消耗其中0.71%鈾-235的熱堆，核能毫無希望。核裂變產(chǎn)生的長壽命、高毒性核素和裂變產(chǎn)物，經(jīng)分離、嬗變成為短壽命或穩(wěn)定的核素，才能得到社會公眾的接受。為此，必須建造“快堆”，把“可轉(zhuǎn)換的”鈾-238轉(zhuǎn)化為“易裂變的”钚-239，在堆內(nèi)多次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)燃料“閉環(huán)”增殖，提取核燃料潛藏的全部量。同時利用多余的中子與長壽命、高毒性核素和裂變產(chǎn)物反應(yīng)，“嬗變”或分裂成為短壽命或穩(wěn)定的核素。某些難以嬗變的裂變產(chǎn)物，提取出來單獨(dú)處理，做成“放射源”、醫(yī)用同位素和微型電源等，變廢為寶。建造永久性“處置場”，使少量殘留長壽命的、經(jīng)濟(jì)上不值得回收的廢物與生物圈保持“隔離”，保護(hù)環(huán)境和周圍居民的健康。商用熱堆乏燃料，鈾占絕大部分。反應(yīng)堆運(yùn)行，鈾“轉(zhuǎn)換”為钚，是快堆運(yùn)行需要的核燃料。長壽命、高毒性重核素—次阿系元素(MA)很少（主要是镎、镅和鋦），可入堆“嬗變”為易裂變材料“銷毀”。核裂變的固態(tài)裂變產(chǎn)物大部分是穩(wěn)定或短壽命的裂變產(chǎn)物，不到百年，可變?yōu)橛杏玫牡V藏。其中稀土元素Tc、Ru、Rh、Pd，比地殼的富集度高百萬倍；放射性鍶和銫是很有用的穩(wěn)定“熱源”；長壽命的碘和锝需要入堆“嬗變”為穩(wěn)定元素[9]。按照核科學(xué)家的設(shè)想，乏燃料經(jīng)“后處理”、快堆“嬗變”作“閉環(huán)”運(yùn)行，“核廢物”在500-1000年內(nèi)放射毒性低于礦井內(nèi)原始礦石的水平。這將減輕遠(yuǎn)期泄漏或地質(zhì)不穩(wěn)定帶來的任何危害的感覺。在核科學(xué)家看來，乏燃料中的核“廢物”是“寶藏”，負(fù)擔(dān)很少，核能發(fā)展“前途無量”。幾十年的科學(xué)研究證明，核能先驅(qū)的理想是可以實(shí)現(xiàn)的。但是，要把他們的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，還要花費(fèi)幾十年時間，克服許多理論和實(shí)踐的障礙，經(jīng)過許多的艱難曲折……問題在于實(shí)現(xiàn)核燃料“閉環(huán)”，要把“后處理”、燃料制作和“快堆”增殖三個環(huán)節(jié)作為一個系統(tǒng)，進(jìn)行“從搖籃到墳?zāi)埂笔降南到y(tǒng)分析，逐一檢查并消除內(nèi)部存在的“魔鬼”。而過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是，三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)“各自為戰(zhàn)”，系統(tǒng)分析不足?！澳Ч碓诩?xì)節(jié)之中”，阻擋著核能順利前行。

4.傳統(tǒng)核能發(fā)展的困境目前世界各國核燃料“循環(huán)”有三種選擇：“開環(huán)”、“閉環(huán)”和“等等看”。“等等看”就是看核電發(fā)展的形勢，怎么最“有利”就怎么干。實(shí)際上，這不能稱為一種“選擇”，但近來持這種“選擇”的國家越來越多,而且認(rèn)為是“最聰明”的選擇[10]?！伴_環(huán)”就是核燃料在堆內(nèi)“燒”一次，出堆后經(jīng)冷卻，作為核“廢物”運(yùn)到地質(zhì)“處置場”作可回取或不可回取式的“最終處置”。最初提出這種循環(huán)方式的是美國人，至今還在堅持的也是美國人。但真正實(shí)際采用的可能只有準(zhǔn)備分階段“關(guān)閉”核電的國家。世界上沒有真正的核科學(xué)家會贊成這種循環(huán)方式，因?yàn)榉θ剂系摹皟?nèi)容”太珍貴了。有人比喻說，這好比把剛剛在“壁爐”里燒糊了樹皮的“原木”當(dāng)垃圾扔掉了！最近，美國的情況有變化。面對新的能源危機(jī)和“節(jié)能減排”的壓力，奧巴馬政府采取的許多行動促使美國不能堅持“開環(huán)”：軍事核遺產(chǎn)和民用核廢料是個沉重負(fù)擔(dān)；近期宣布撤回內(nèi)華達(dá)州尤卡山(YuccaMountain)核廢物處置場建造許可證申請，決定設(shè)立超黨派的美國核未來“藍(lán)帶委員會”，就乏核燃料和核廢物管理制定安全、長期的解決辦法提出建議。盡管“藍(lán)帶委員會”兩年之內(nèi)才能提出報告，但結(jié)果有可能放棄“開環(huán)”，選擇“閉環(huán)”。“閉環(huán)”的理由是使核能有實(shí)質(zhì)性增長?？煞譃椤皽?zhǔn)”閉環(huán)和“完全”閉環(huán)，是目前世界各國普遍追求、“先易后難”的兩種方案。“準(zhǔn)”閉環(huán)，又稱“有限再循環(huán)”，就是乏燃料經(jīng)“后處理”提取剩余的鈾和經(jīng)轉(zhuǎn)換生成的钚同位素。之后钚同位素加入濃縮工藝的尾料“貧鈾”制成鈾钚混合氧化物(MOX)燃料，重新入堆“燃燒”。剩余的、堆內(nèi)運(yùn)行產(chǎn)生的次阿系元素（MA）和裂變產(chǎn)物共同作為高放廢物處理(玻璃固化)或暫存(高放廢液罐)。MOX燃料多數(shù)作為熱堆燃料循環(huán)1－2次，少部分作為實(shí)驗(yàn)性原型快堆的驅(qū)動燃料。MOX乏燃料后處理試驗(yàn)證實(shí)可行，但沒有足夠的快堆消耗這種再循環(huán)的燃料，所以沒有繼續(xù)進(jìn)行后處理[11]。目前，法國和日本采用就是這種“準(zhǔn)”閉環(huán)。西方發(fā)達(dá)國家和許多核科學(xué)家對MOX燃料本身持有異議，擔(dān)心社會公眾反對，明確這種循環(huán)方式不符合第四代國際論壇的最新“要求”[12]?！巴耆遍]環(huán)，還要提取乏燃料中所有的長壽期核素進(jìn)入快堆“嬗變”，直至徹底“銷毀”。目前還沒有“完全”閉環(huán)系統(tǒng)的國際范例。有些國家在閉環(huán)方面采取了零星的步驟，最突出的是法國，但迄今為止還沒有一個國家完成了這項(xiàng)任務(wù)。4.1.“后處理”的挑戰(zhàn)目前世界核電機(jī)組運(yùn)行卸出的乏燃料，大多臨時儲存在核電現(xiàn)場乏燃料水池或干式暫存罐內(nèi)等待“處理”。有的核電廠已經(jīng)關(guān)閉，但乏燃料“去向”不明；快堆“增殖”的核燃料還“閉鎖”在乏燃料內(nèi)。全世界等待處理的乏燃料約200000噸，而且還以每年20000噸的速度增加。其實(shí)，發(fā)展核電的國家都知道“后處理”的優(yōu)勢。實(shí)際問題是選擇什么后處理工藝，與現(xiàn)在運(yùn)行或即將開發(fā)的快堆如何“配置”，安全與經(jīng)濟(jì)性能如何，存在廣泛、而且尖銳的爭議。已經(jīng)采用或還在研究的后處理工藝“名稱”繁多，但基本上就“濕法”和“干法”兩種，而且都源于美國?！皾穹ā本褪沁^去軍用钚提取工藝，現(xiàn)已演進(jìn)得比較成熟?！案煞ā辈荒芎唵蔚剀娪茫艞壛?；后來開發(fā)快堆又撿起來用于鈉冷快堆EBR-II循環(huán)燃料后處理，而且很成功。但是，用于民用核電乏燃料后處理，達(dá)到第四代核能系統(tǒng)設(shè)定的要求，兩種工藝都要進(jìn)一步開發(fā)，而且需要的時間很長。美國最早采用“濕法”處理生產(chǎn)堆、兩用堆乏燃料提取軍用钚。實(shí)踐的結(jié)果是后處理現(xiàn)場若干液態(tài)高放廢物大罐泄漏的威脅與核擴(kuò)散風(fēng)險，致使美國政府宣布放棄后處理，采用“開環(huán)”。據(jù)說美國處理這種遺產(chǎn)，大概需70多年，費(fèi)用約3000億美元。有人說“濕法”后處理1M3乏燃料產(chǎn)生5000M3高放廢物和17000000M3低放廢物[13]，這也太恐怖了！美國多數(shù)專家推崇“干法”，濕法很難獲得通過。目前美國沒有運(yùn)行的“民用”后處理廠。英國、法國、日本、俄羅斯等執(zhí)行乏燃料后處理的國家，采用集中式濕法后處理。英國后處理廠經(jīng)營狀況不好，信用不良，缺乏國外訂單，設(shè)備狀態(tài)老化，宣布將要關(guān)閉[14]。俄羅斯后處理廠規(guī)模小，設(shè)備老化，答應(yīng)處理的國外乏燃料（包括國內(nèi)快堆乏燃料）多儲存在后處理廠水池內(nèi)。想擴(kuò)大規(guī)模，但資金困難[15]。日本從法國進(jìn)口的800噸/年處理能力的后處理廠還在調(diào)試中，預(yù)計2013年投產(chǎn)[16]。只有法國后處理廠從國外訂單獲得大量利潤，而且利用預(yù)付定金擴(kuò)大處理規(guī)模，還向美國能源部大力推銷它的技術(shù)[17]。這些國家也都在研究“干法”工藝，做“轉(zhuǎn)身”的準(zhǔn)備。目前世界各國的“閉環(huán)”，實(shí)際上都是濕法-MOX燃料循環(huán)。工藝流中的長壽命、高毒性次阿系元素和裂變產(chǎn)物混合成“廢物流”，進(jìn)入固化流程或在高放廢液大罐內(nèi)暫存。同時都在進(jìn)行次阿系元素和某些裂變產(chǎn)物靶件“嬗變”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)性鳳凰快堆關(guān)閉后，法國、美國和俄羅斯都寄希望于日本的文殊原型快堆，希望得到“異質(zhì)”靶件嬗變的“福音”[18]。但文殊快堆的再啟動時間“一拖再拖”。幸運(yùn)的是，2010年5月6日文殊快堆終于重新啟動，但“如何防止再次發(fā)生事故是個重要課題”[19]。美國阿貢實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“干法”后處理工藝廣受青睞。因?yàn)楦邷仉娨苯鸸に?，乏燃料無需冷卻，廢液量少，沒有純钚“流”，防擴(kuò)散能力強(qiáng)。但屬半連續(xù)運(yùn)行方式，在厚重屏蔽的熱室內(nèi)遙控完成乏燃料后處理和循環(huán)燃料制作全過程，產(chǎn)品質(zhì)量保證和設(shè)備故障處理難度極大，還處在實(shí)驗(yàn)室或半工業(yè)規(guī)模階段，距大規(guī)模商用還有很大距離[20]。

后處理工藝，無論干法還是濕法，都要使工藝流中核燃料與嬗變核素組分的工藝損失盡量少，進(jìn)入廢物流的阿系元素<0.1%，使核廢物地質(zhì)隔離“萬年”的問題化為幾百年，甚至可“近地表處置”；同時使產(chǎn)品(核燃料與嬗變核素)便于燃料或靶件制作，保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行。目前世界各國后處理廠、循環(huán)燃料加工廠都是地區(qū)集中設(shè)置。適應(yīng)未來眾多、分散的快堆發(fā)電中心，頻繁的乏燃料和循環(huán)燃料運(yùn)輸是很大的經(jīng)濟(jì)、安全和社會影響問題。濕法后處理+循環(huán)燃料制作，乏燃料冷卻、“老化”時間長，從出堆到再次入堆周期至少7年以上，基本上不適應(yīng)未來的要求。只有“干法”+快堆一體配置，前端和后端能夠“從容不迫”。美國鈉冷快堆EBR-II采用這種配置，燃料組件從堆內(nèi)卸出到重新入堆，最短周期28天[21]。美國鈉冷快堆EBR-II，反應(yīng)堆+干法后處理+燃料制作“一體化”配置世界各國循環(huán)燃料后處理，普遍傾向“干法”、“堆-化”一體配置。這使美國顯得比較超脫。法國、日本和俄羅斯即使想“轉(zhuǎn)身”，也存在很大經(jīng)濟(jì)壓力。很可能繼續(xù)堅持原方案，但負(fù)擔(dān)會越來越重。兩種后處理的經(jīng)濟(jì)成本都很高。安全性方面，MIT的“外交”辭令是：“對燃料循環(huán)總體上的安全知之甚少”。歐洲人的評價也不樂觀：“┅每個人都意識到，達(dá)到希望之地的旅程要經(jīng)過有許多險阻的荒漠，而且我們并不太確信前景會如同人們想象的那么光明”[22]。有人從輕水堆乏燃料后處理工藝選擇的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)得出結(jié)論，“技術(shù)發(fā)展的時間常數(shù)相對短（幾十年），而廢物技術(shù)選擇的涵義影響深遠(yuǎn)（幾百或上千年）。應(yīng)當(dāng)花些時間慎重地選擇正確的技術(shù)”[23]。4.2.快堆安全問題至今人們談起新一代核能，仍以快堆為核心。第四代國際論壇確定的六個核能系統(tǒng)，明確三個為快堆。快堆系統(tǒng)中，鈉冷快堆(SFR)占據(jù)“先天優(yōu)勢”。和平利用核能，核科學(xué)先驅(qū)最先想到的是發(fā)展快堆。二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，費(fèi)米博士最早動員他的學(xué)生、阿貢實(shí)驗(yàn)室主任沃利?齊恩組織核科學(xué)與技術(shù)專家開發(fā)快堆。世界上最早證實(shí)核能發(fā)電的不是壓水堆，而是阿貢實(shí)驗(yàn)室的鈉(化鉀)冷快堆EBR-I。鈉冷快堆的最大優(yōu)勢是“增殖”性能好，可將堆內(nèi)大量鈾-238轉(zhuǎn)換為易裂變的钚，使核燃料越用越多。如果沒有包殼材料性能的限制，反應(yīng)堆不用換料，能長期運(yùn)行下去。戰(zhàn)后激烈的核軍備競賽中，快堆的這種特性對軍方很有吸引力，美國EBR-I就是在軍方強(qiáng)力支持下，在很短時間內(nèi)建成的[24]。經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)增殖能力后，又建造了鈉冷實(shí)驗(yàn)核反應(yīng)堆冷（SRE）。連正在開發(fā)壓水堆核推進(jìn)器的海軍，也建造了鈉冷堆核動力推進(jìn)的第二艘核潛艇海狼號。不過，海軍的實(shí)驗(yàn)不成功，很快被拆除。而海軍上將里克沃爾的結(jié)論意見，對鈉冷堆很不利：“鈉冷快堆，建造昂貴，運(yùn)行復(fù)雜，即使很小的故障也很敏感，使停堆持續(xù)很長時間…而且檢修困難、費(fèi)時”，至今仍被引為“經(jīng)典”[25]。美國以鈉冷快堆為主的快堆技術(shù)發(fā)展很快，而且決定了世界快堆技術(shù)的發(fā)展方向。其實(shí)，世界快堆近60年的發(fā)展史實(shí)際上就是SFR的發(fā)展史。發(fā)展SFR的國家總計$500多億的投入，300堆年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)和安全上有很大提高，但總體形象沒有根本改善，從“確定論”觀點(diǎn)，還得不出比現(xiàn)代輕水堆更安全、可靠的結(jié)論[26]。1970年代美國政府全面停止快堆研發(fā)，英國原型快堆長期遭受熱交換器泄漏的折磨，法國超鳳凰剛建成即被迫關(guān)閉，日本文殊原型快堆鈉泄漏成為公眾關(guān)系災(zāi)難……世界僅存的“碩果”是俄羅斯的BN-600長期安全運(yùn)行?？於蜒芯炕顒酉萑氲兔?、停頓狀態(tài)，甚至有中斷的危險，曾使IAEA呼吁“搶救”、保護(hù)快堆開發(fā)的知識遺產(chǎn)?？於鸭夹g(shù)發(fā)展的關(guān)鍵是冷卻劑選擇。鈉的核與物理性能優(yōu)越，化學(xué)性能與工程應(yīng)用也有很多優(yōu)勢。但鈉泄漏、與空氣或水接觸危險，使系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計變得異常復(fù)雜，仍然免除不了“鈉綜合癥”的磨難，很難讓非專業(yè)人士和普通社會公眾對其安全有很強(qiáng)的信心?，F(xiàn)在，連高溫氣冷堆都在考慮液鹽替代氦氣作冷卻劑或中間回路的傳熱劑[27]。為什么SFR不考慮作適當(dāng)?shù)母淖?？液鹽就是液態(tài)氟化物，大氣沸點(diǎn)1400℃附圖：固態(tài)與液態(tài)氟鹽附表：以100℃水鈉氦氣液態(tài)鹽壓力，MPa15.50.697.070.69出口溫度，℃32054510001000流速，m/s(ft/s)6(20)6(20)75(250)6(20)輸運(yùn)1000MWt要求直徑1m管道的根數(shù)0.62.012.30.5鈉冷快堆的根本性問題是鈉的特性能使倍增時間短，從安全角度考慮，增殖堆堆芯的“正空泡效應(yīng)”不可接受。這種效應(yīng)可以緩解,但直接損害了堆的增殖能力?？於训陌踩c增殖是相互對立的[29]。BN-600多年連續(xù)安全運(yùn)行的原因值得深入總結(jié)，其增殖增益為-0.15。降低增殖比“便于確保降低核電廠成本的同時解決安全問題”[30]。俄羅斯的鉛冷快堆（BREST，即LFR）符合第四代標(biāo)準(zhǔn)，入選為待開發(fā)的快堆系統(tǒng)。世界多數(shù)核科學(xué)家對LFR的安全性評價很高。但只有俄羅斯建造、運(yùn)行過這種堆，而且標(biāo)準(zhǔn)與西方不同。美、日、法、韓都把LFR作為后備選項(xiàng)。第四代國際論壇強(qiáng)調(diào)快堆的核廢物管理使命,因此，安全、廢物最少更重要。就管理核廢物而言，快堆嬗變能力強(qiáng)，但熱譜和超熱譜都有“嬗變”核廢物的能力，技術(shù)上更成熟，安全性更好。但從根本上講，核廢物問題是钚/鈾-238燃料循環(huán)的固有缺點(diǎn),從根本上解決問題就是少用或不用鈾-238。此時核科學(xué)家想到了另一種可增殖材料，那就是釷。釷是地殼內(nèi)比鈾更豐富、開采更方便的核材料,吸收中子生成優(yōu)良的易裂變的U-233。熱譜U-233/Th-232燃料循環(huán)能“增殖”，1960年代希平港壓水堆證實(shí)“輕水增殖堆”增殖比～1.0139。在新形勢下，它的“轉(zhuǎn)換”性能更重要：銷毀軍用钚，而且產(chǎn)生的廢物中MA很少。在美國政府資助下，俄羅斯正在與美國釷能源公司合作，在VVER-1000堆內(nèi)用钚-釷燃料銷毀核武器拆除的钚[31,32]。加拿大正在與我國清華大學(xué)等合作，研究在坎杜堆內(nèi)用LWR乏燃料的超鈾元素(TRU)和釷實(shí)現(xiàn)燃料閉環(huán)[33]。4.3.固體燃料的尷尬傳統(tǒng)核能“沿襲”采用固體燃料。核工業(yè)有專門的燃料元件生產(chǎn)廠給核電廠提供燃料組件，收取服務(wù)費(fèi)。燃料組件不是普通意義上的“燃料”，而是“設(shè)備”，外觀更像“藝術(shù)品”。制作標(biāo)準(zhǔn)非常高，要求達(dá)到“零破損”。所以固體核燃料生產(chǎn)工序復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)格，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)很高。即使簡單的燃料芯塊生產(chǎn)也是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，與傳統(tǒng)的“燃料”概念相去甚遠(yuǎn)。這種設(shè)計精良、制作嚴(yán)格的“燃料”入堆“燃燒”一個周期(1.5-3年),卸出成為乏燃料，在專用的燃料水池“冷卻”5-7年后，裝入專用的屏蔽容器運(yùn)到后處理廠進(jìn)行“后處理”。鈉冷快堆燃料元件與組件的結(jié)構(gòu)到目前為止，過去、現(xiàn)在運(yùn)行的所有快堆使用的燃料組件都不含或不完全含MA。（俄羅斯快堆使用濃縮鈾燃料，MOX燃料還在試用階段）。因此，燃料元件生產(chǎn)廠使用的原料，是后處理廠從乏燃料中提取的钚同位素和濃縮尾料（貧鈾）。采用的工藝與天然鈾或濃縮鈾燃料元件大體相同，但芯塊生產(chǎn)等與原料接觸的工序要在手套箱內(nèi)操作。如果原料含部分MA，則需在防輻射（伽瑪、中子）屏蔽的熱室內(nèi)用機(jī)械手遙控操作，以保護(hù)工作人員的健康和安全。問題在于，含部分或全部MA的均勻燃料棒或異質(zhì)嬗變靶件制作工藝還處在實(shí)驗(yàn)階段。某些元素成分的工藝損失、對加工工藝的影響、與包殼材料的相互作用還不清楚或需要堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。即使實(shí)驗(yàn)證實(shí)問題可以解決，還必須要有大量加工和長期輻照試驗(yàn)計劃，必須開發(fā)與熱室操作一致的大規(guī)模遙控加工工藝[34,35]。某些嬗變靶件要經(jīng)過多次再循環(huán)(間隔6年)，花費(fèi)幾十年才能使其放射毒性降低到百分之一以下[22]。問題還在于，含钚、特別是含MA的燃料，成分復(fù)雜、毒性很大、工藝復(fù)雜，燃料性能與時間要求密切相關(guān)。很擔(dān)心，即使固體燃料生產(chǎn)、堆內(nèi)使用和后處理各個環(huán)節(jié)上一切順利解決，也不適宜大規(guī)模部署分散的堆-化分離的快堆系統(tǒng)。圖中測量的是在熱室內(nèi)干法澆鑄的燃料芯棒

(METALLICFUELS，INL，NUCLEARFUELS&MATERIALSSPOTLIGHT，March2009)固體燃料，唯一的例外可能是鈾-233/釷燃料循環(huán)。因?yàn)檠h(huán)燃料組分簡單，U-233壽期很長，其它易裂變重核素很少，燃料性能與時間關(guān)系不大，固體燃料概念仍可繼續(xù)采用。畢竟固體燃料有許多的優(yōu)勢。但制作過程必須在厚重屏蔽的熱室內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)榇嬖赨-232及衰變子體的強(qiáng)伽瑪輻射。目前印度堅持這種技術(shù)，揚(yáng)言2050年核電裝機(jī)超過美國與中國核電的“總和”，可能“不無道理”。因?yàn)橛《热松钪O釷的屬性[36]。固體燃料“循環(huán)”很尷尬。生產(chǎn)過程幾乎是最復(fù)雜的系統(tǒng)工程，成為尖端“設(shè)備”制造。反復(fù)地精心制作－入堆“燃燒”－出堆冷卻－解體－切割－后處理，循環(huán)過程產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)材料廢物，包殼作高放廢物處理，顯得過程極不合理，成本也很高。有人指出，處理固體燃料是個“惡性”封閉循環(huán)，或者是咬住固體燃料概念的“陷阱”[37]。現(xiàn)在，傳統(tǒng)的固體燃料是實(shí)現(xiàn)核能系統(tǒng)“完全”閉環(huán)的最大障礙?？傊?，目前無論是天然鈾、濃縮鈾或MOX乏燃料，還沒有實(shí)現(xiàn)“完全”閉環(huán)。大量乏核燃料不閉環(huán)，核“增殖”甚至“轉(zhuǎn)換”就是一句空談?！稗D(zhuǎn)換”或“增殖”的核燃料不能入堆燃燒，實(shí)現(xiàn)其價值，只能作“核廢物”論。全世界僅庫存的民用分離钚達(dá)數(shù)百噸，是國際與各國核安全監(jiān)督與管理的沉重負(fù)擔(dān)。俄羅斯與美國核裁軍拆下的核彈頭，僅軍用钚過百噸，還在尋找處置辦法。美國人甚至想與高放裂變產(chǎn)物混合“玻璃固化”，作高放廢物“處置”[38]。MOX燃料在快堆內(nèi)循環(huán)是“準(zhǔn)”閉環(huán)。部分超鈾元素成分留在后處理廠，負(fù)擔(dān)會越來越重;濕法后處理的MOX循環(huán)燃料，因“冷卻”時間長、“老化”處理，钚當(dāng)量損失高[10]，很難“增殖”。干法后處理循環(huán)燃料能“增殖”，但達(dá)到平衡循環(huán)會出現(xiàn)什么問題，有待理論探討與實(shí)踐證實(shí)。07年美國能源部曾以GNEP為名，試圖采用濕法、鈉冷快堆“準(zhǔn)”閉環(huán)路線“闖關(guān)”，遭到了美國除傳統(tǒng)核學(xué)界外普遍而強(qiáng)烈的抵制[39]。無論干法或濕法后處理，實(shí)現(xiàn)部分、特別是全部MA入堆嬗變要經(jīng)長時間的研究、投入。即使最終能夠?qū)崿F(xiàn)完全閉環(huán)，循環(huán)的固體燃料或嬗變靶件的工藝安全和經(jīng)濟(jì)代價也很高。這就是目前傳統(tǒng)核能發(fā)展要翻越的“坎”。傳統(tǒng)固體燃料的“道路”越走越窄，是否到“末路”了？U/Pu燃料循環(huán)產(chǎn)生的高放廢物很難處理，需要引入釷，是否預(yù)示需要進(jìn)行某些“變革”？5.非傳統(tǒng)核能“異軍突起”由于第四代核能系統(tǒng)研發(fā)受挫，進(jìn)展緩慢，非傳統(tǒng)核能研究者和社會賢達(dá)想為人類找到持久利用核能的形式，提出了“革命性”的建議，希望創(chuàng)造“奇跡”。最典型的是美國慈善家比爾蓋茨先生倡導(dǎo)的“行波堆”(TWR)和美國能源部長朱棣文上任之初提議的“聚-裂變混合堆”。這是對傳統(tǒng)核能界的“挑戰(zhàn)”。MIT研究科學(xué)家福斯伯格博士(CharlesW.Forsberg)說，“核領(lǐng)域需要一點(diǎn)刺激”，“我們有太多的人習(xí)慣于墨守成規(guī)”[40]。所謂“非傳統(tǒng)”核能，就是基本上不同于傳統(tǒng)核能“標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐”的核能系統(tǒng)。依此判斷，第四代國際論壇選中的熔鹽堆(MSR)也屬于“非傳統(tǒng)核能系統(tǒng)”[41]。

5.1.“行波堆”2006年，比爾蓋茨先生看中“行波堆”(TWR)，出資若干億美元資助美國高智發(fā)明公司的子公司泰拉能源開發(fā)“行波堆”?！笆曛畠?nèi)示范運(yùn)行,不到15年即可開始商業(yè)部署”[42]?，F(xiàn)正在全世界尋求合作伙伴。“行波堆”1958年由S.范博格提出，稱“增殖與燃燒”堆；E.泰勒等（1995，1997，2003）把反應(yīng)堆放在地下100米[43]；現(xiàn)在，約翰?吉爾蘭（JohnGilleland）把堆擺在地面上。

泰拉能源的“行波堆”概念泰拉能源公司的“行波堆”采用鈉冷池式快堆設(shè)計。金屬鈾合金燃料，包殼與堆芯結(jié)構(gòu)材料HT-9，蒸汽驅(qū)動朗肯循環(huán)發(fā)電，40－100年電廠壽期廢物就在堆內(nèi)[44]。東芝公司說，它開發(fā)的“4S”（超級安全、小型、簡單的“核電池”系統(tǒng)）設(shè)計80%可用于行波堆。目前雙方項(xiàng)目談判已起始，但“沒有作出任何實(shí)質(zhì)決定”，而且表示難題是開發(fā)能經(jīng)得住長時間核反應(yīng)的材料，“解決這個難題預(yù)計耗時超過10年”[45]。5.2.“聚-裂變混合堆”美國能源部長朱棣文原來在勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(最初偏重高能粒子與加速器研究)做研究，上任之初曾提議開發(fā)聚-裂變混合堆。因?yàn)榫圩冎凶痈蛔愣炎冎凶迂毞?，二者結(jié)合，取長補(bǔ)短，即可“嬗變”核廢物，又可發(fā)電，一舉兩得。最近美國激光點(diǎn)火聚變試驗(yàn)有突破，有人說“靠近核聚變一步之遙”了[46]，有人稱這是“第三核選項(xiàng)”[47]。英國人更樂觀，計劃在英國興建世界首座核聚變發(fā)電站，并表示有望在20年內(nèi)投產(chǎn)[48]。所謂“聚-裂變混合堆”或“聚變混合堆”就是1990年代西方核學(xué)界為管理核廢物提出的ADS(加速器驅(qū)動[嬗變]系統(tǒng))的翻版，不過是用“聚變器”取代“加速器”。美國提出開發(fā)“第四代”核能系統(tǒng)后，ADS研究趨于沒落，因?yàn)閺脑砩现v，“第四代”六個反應(yīng)堆都有嬗變能力[49]。最近美國“混合堆”研究有點(diǎn)熱,但熟悉聚變堆研究內(nèi)情的人認(rèn)為，“切實(shí)可行的混合堆技術(shù)還有點(diǎn)遙遠(yuǎn)，但考慮到裂變固有的問題和聚變的不確定性，還值得追求”。激光驅(qū)動慣性約束聚變混合堆

(JeffFreidberg,PhillipFinck,RenewWorkshoponFusion-FissionHybrids,December2,2009)5.3.熔鹽堆熔鹽堆(MSR)是第四代國際論壇選中的六個“候選”開發(fā)的系統(tǒng)之一，但真正問津的國家很少，卻廣受核科學(xué)界非傳統(tǒng)核能專家和“民間”熔鹽堆愛好者的“關(guān)注”。多級再熱氦氣布雷頓循環(huán)熔鹽堆MSR或許是現(xiàn)代核能系統(tǒng)中最簡單的系統(tǒng)，人稱三“P”堆，即用罐(pot)、泵(pump)和管子（pipe）連接成的反應(yīng)堆。易裂變、可轉(zhuǎn)換與裂變的同位素熔于高溫、極高沸點(diǎn)的（1400℃）液態(tài)氟鹽，既是反應(yīng)堆燃料，也是冷卻劑。接近大氣壓的液態(tài)燃料鹽流過反應(yīng)堆堆芯，發(fā)生裂變并加熱到700MSR是第四代六個系統(tǒng)中唯一的“非傳統(tǒng)”堆型，是1950-70年代初美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的“陳年老酒”，“出身”是美國空軍見海軍設(shè)想核能推進(jìn)潛艇而不干落后，“想像遠(yuǎn)程轟炸機(jī)不受限制的飛行只能靠核能作動力”提出的重要軍事任務(wù)[1,50]?？寇姺綇?qiáng)力支持，投資10億美元，先后開發(fā)、建造并運(yùn)行了兩個熔鹽堆實(shí)驗(yàn)裝置(ARE,MSRE)，運(yùn)行非常成功，是世界上唯一曾用三種裂變?nèi)剂希║-233、U-235和Pu-239）運(yùn)行的反應(yīng)堆。盡管非常成功，但軍方只對生產(chǎn)高質(zhì)量武器級钚的鈉冷快堆感興趣，1974年終止研究。事后連“氫彈之父”愛德華?泰勒也認(rèn)為是“可以原諒的錯誤”。熔鹽堆實(shí)驗(yàn)裝置主隔離室俯視圖MSR開發(fā)歷時20多年，已經(jīng)發(fā)展成為熔鹽燃料反應(yīng)堆“族群”?，F(xiàn)代核能發(fā)展遇到的重大技術(shù)障礙，MSR系統(tǒng)基本上解決或“避開”了，屬核能系統(tǒng)發(fā)展的另一個途徑。MSR本身就是個“閉環(huán)”、連續(xù)運(yùn)行的核能系統(tǒng)，運(yùn)行過程轉(zhuǎn)換生成易裂變材料，直接利用；用毗鄰的小型化學(xué)廠連續(xù)“處理”，去除裂變產(chǎn)物，容易做到“自給自足”、燃料成分基本不變地運(yùn)行下去；如為U-233/Th燃料循環(huán)，前端進(jìn)來的原料是氟化釷，后端排出的核廢物300年后放射性水平低于天然礦石，成為最簡單、最高效的核能系統(tǒng)。不同燃料循環(huán)的輻射毒性（假定后處理損失0.1%）

(DataandgraphfromSylvainDavid,InstitutdePhysiqueNucléaired'Orsay)MSR的優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)也突出：熱譜，增殖能力不高（MSBR,1.09）；系統(tǒng)的本質(zhì)是U-233/釷燃料循環(huán)，但沒有天然U-233,只能用鈾-235、钚或TRU啟動，生成U-233，逐漸過渡；從系統(tǒng)達(dá)臨界開始，整個主系統(tǒng)帶強(qiáng)放射性，只能遙控監(jiān)視、檢查、檢修，因而要開發(fā)遙控機(jī)械手和機(jī)器人；釷核數(shù)據(jù)庫不如鈾完整，多數(shù)人不熟悉液鹽的性能與知識。1950年代后期美國公開熔鹽堆研發(fā)活動，受到世界核科學(xué)界的廣泛關(guān)注。因?yàn)榕c傳統(tǒng)反應(yīng)堆截然不同，更重要的是簡單、方便，能銷毀阿系元素以及擴(kuò)大燃料資源的獨(dú)特能力和經(jīng)濟(jì)競爭潛質(zhì)。盡管1970年代后期美國的MSR研究活動被迫停止，但世界其它國家和學(xué)術(shù)團(tuán)體的研究沒有停止，而且有所發(fā)展。俄羅斯70年代開始研究MSR技術(shù)，在嬗變、銷毀超鈾元素研究上與歐洲原子共同體合作，提出的2400MWt熔鹽錒系元素再循環(huán)與嬗變堆(MOSART)[51]，公認(rèn)是燃燒器反應(yīng)堆研究的最高水平。法國在MSR研究上成績顯著，提出的無石墨釷熔鹽堆(TMSR)，快譜（CR～1.10）、雙流，負(fù)反饋系數(shù)極大，簡化了燃料處理[52],公認(rèn)是釷增殖堆優(yōu)先開發(fā)的方向。日本的MSR研究一直限于民間學(xué)術(shù)團(tuán)體，京都大學(xué)的古河教授聯(lián)合世界8個國家的17位核科學(xué)專家組成“釷熔鹽論壇”，還提出了“釷熔鹽核能共生系統(tǒng)－通往“釷世紀(jì)”路線圖。捷克是世界上唯一政府和工業(yè)企業(yè)明確支持開發(fā)MSR的國家，在歐盟范圍內(nèi)與俄羅斯合作，特點(diǎn)是把VVER-440乏燃料后處理包括在系統(tǒng)內(nèi)，直接采用氟化物揮發(fā)法處理LWR乏燃料，生產(chǎn)系統(tǒng)的啟動燃料。捷克的工作正在把目前的MSR項(xiàng)目從理論分析推向?qū)嵺`[53]。捷克熔鹽堆研究的堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)我國的熔鹽堆研究始于1950年代后期。1968年，清華大學(xué)呂應(yīng)中教授在獄中提出釷資源綜合利用方案，上書周總理批準(zhǔn)開展釷增殖堆研究。728工程原方案采用熔鹽堆發(fā)電，就有呂先生的極大影響。近期幾個大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)開展了熔鹽堆研究，但還沒有形成“陣容”。在美國，ORNL已將MSR各方面的研究工作全部成文記載下來，而且完全對外開放，免費(fèi)下載。美國有大批擁護(hù)、推動開發(fā)MSR的學(xué)者與民間人士，還有人直接給奧巴馬寫信[54]。其它國家這種科學(xué)家也很多，談起MSR，推崇備至，連美國核學(xué)會主席T.L.桑德斯博士都認(rèn)為MSR是適合發(fā)展的反應(yīng)堆概念[55]。熔鹽堆是第四代國際論壇準(zhǔn)備開發(fā)的堆型，說明幾十年前的老概念有明顯的復(fù)興價值。過去與近期見諸報端的評介文章不可勝數(shù)，都承認(rèn)熔鹽堆的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，超過固體燃料設(shè)計。但世界核電大國、特別是美國拒絕開發(fā)MSR的原因還是個迷。有人認(rèn)為是政治問題—核擴(kuò)散，但MSR恰恰在防擴(kuò)散上有現(xiàn)實(shí)的(強(qiáng)伽瑪輻射)和技術(shù)的(改性)優(yōu)勢。6.傳統(tǒng)核能的選擇目前建造核電，輕水堆是“唯一選擇”的話有點(diǎn)絕對。第四代國際論壇選定的甚高溫氣冷堆（VHTR），就為多數(shù)成員國看中。近期美國全陶瓷型三重各向同性包覆(TRISO)粒子燃料輻照取得重大進(jìn)展[56]，計劃在2020年前后建成示范機(jī)組。世界各國普遍對VHTR感興趣、美國科學(xué)界也能接收的主要原因是高溫制氫與工藝供熱，以便在石化與運(yùn)輸業(yè)減排方面獲得突破。美國VHTR與我國高溫氣冷堆的差別，除堆出口溫度高外，堆芯采用石墨棱柱結(jié)構(gòu)的柱狀燃料元件。但近期采用濃縮鈾，有與LWR爭資源之嫌。如能用LWR乏燃料的TRU做燃料，即使一次通過，也是很大的進(jìn)步。這種反應(yīng)堆的乏燃料后處理非常困難，很難成為第四代核能的“主力”堆型。TRISO涂覆粒子燃料

(USDOE.NextGenerationNuclearPlantReporttoCongress,April2010)盡管20多個鈉冷快堆建成后，液體金屬冷卻快堆變得安全與經(jīng)濟(jì)的前景渺茫，許多國家仍心存希望，想沿著這條路走下去。法國和日本決心很大，還希望美國加入。美國傳統(tǒng)核能界希望先建個小型鈉冷燃燒器快堆，很可能是一體化快堆(IFR)，而且時間在2020年之后。印度13.5MWe的實(shí)驗(yàn)增殖堆還在運(yùn)行，500MWe原型增殖快堆(PFBR)計劃今年達(dá)臨界，而且打算再建造4臺以上500和1000MWe的增殖快堆。俄羅斯快堆發(fā)展計劃宏偉，就是缺乏資金。BN-800可能要配合銷毀軍用钚的任務(wù)，據(jù)說2012年建成，但有可能拖到2015年。7.結(jié)論與啟示傳統(tǒng)核能發(fā)展60年，遲遲沒有新突破，問題在于習(xí)慣思維模式?jīng)]有改變。要突破依附觀念，返樸歸真，按照能源、燃料的本質(zhì)思考問題，尋找新的解決辦法。核能可持續(xù)的關(guān)鍵是燃料“閉環(huán)”。固體燃料、钚/鈾-238循環(huán)“卡”在循環(huán)的固體燃料制作上。需要對整個核能系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，做出權(quán)衡。固體燃料方便反應(yīng)堆運(yùn)行，但如使整個系統(tǒng)變得異常復(fù)雜甚至可能“窒息”，就應(yīng)另找出路；如果非固體燃料不可，也可改變核燃料，從钚/鈾-238循環(huán)過渡到鈾-233/釷循環(huán)，或許還能“循環(huán)”下去。但是，裂變核能的本質(zhì)是核裂變產(chǎn)生大量強(qiáng)放射性物質(zhì)，遲早總要面對。遙控、機(jī)器人技術(shù)是必需品。傳統(tǒng)核能“突圍”的方向可能是被“擱置”的熔鹽堆，“繞開”固體燃料制作“難關(guān)”，一次性、極簡化地完成核燃料“閉路循環(huán)”。如果有必要實(shí)現(xiàn)核燃料轉(zhuǎn)變，鈾-233/釷循環(huán)不但可以“增殖”，而且可使系統(tǒng)的最終“廢物”由千年、萬年問題變?yōu)?00-500年問題。這樣的核廢物，可以設(shè)法近地表處置[57]?？傊?，熱堆乏燃料濕法、集中式后處理不可取也并不必須；固體燃料可能使钚/鈾-238循環(huán)走上“絕路”；采用MSR，逐漸從钚/鈾-238燃料循環(huán)過渡到鈾-233/釷燃料循環(huán)，有可能打開目前的“死結(jié)”，從“增殖”到燃料“自給自足”循環(huán)，實(shí)現(xiàn)核能先驅(qū)們的夢想；最復(fù)雜的設(shè)計最不可靠！MSR是最簡單、最自然的核能系統(tǒng)，而且是天然、自動負(fù)荷跟蹤的調(diào)峰電廠，與基荷運(yùn)行的LWR聯(lián)合配置，比其它燃料、手段（抽水蓄能電廠）更經(jīng)濟(jì)。我國在發(fā)展現(xiàn)代核能上走在世界前例，但后面的道路怎么走，還沒有完全成功的先例可援。比較可靠的辦法是密切跟蹤不同選擇的國際進(jìn)展，分析利弊得失，多做科研、實(shí)驗(yàn)，不匆忙做出最后決策。條件不成熟的情況下作出選擇，走上一條選定的技術(shù)路線，投入很大（通常是幾百億美元），很難回頭?！稗D(zhuǎn)身”是很痛苦、代價極高的。有時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題，也必須“硬著頭皮”走下去。目前的英、法和日本，都會有這種感覺。在這方面，研究國際快堆發(fā)展的歷史有借鑒意義。上重大項(xiàng)目，要有獨(dú)立的、“第三方”審評意見，要從制度上防止受牽制，產(chǎn)生意外后果。有不同意見是“正?，F(xiàn)象”，“輿論一致”反倒值得警惕。利益不相關(guān)者的觀點(diǎn)比較“客觀”，利益相反者能擊中問題的“要害”。關(guān)鍵是有一批敢說“真話”的多學(xué)科的專家。開發(fā)新一代核能，基礎(chǔ)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)人才是關(guān)鍵。要有許多安心研究技術(shù)難題的核專家，特別是材料專家、化工專家和冶金專家。核物理和核工程中的一切難點(diǎn)最后歸結(jié)于材料問題。核能發(fā)展要有多學(xué)科綜合優(yōu)勢，其中特別是化學(xué)家的優(yōu)勢。物理學(xué)家是機(jī)械唯物論者，化學(xué)家是魔術(shù)師；物理學(xué)家覺得很難，但化學(xué)家看來易如反掌的事情很多。大批熟悉、有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專家退休或脫離專業(yè)前沿學(xué)科研究課題，而新人還沒有成批出現(xiàn)—“青黃不接”，全世界核能界目前都面臨這種尷尬局面。科學(xué)家和工程師不是同一類人，有不同的用途。開發(fā)新技術(shù)要科學(xué)家，進(jìn)行工程設(shè)計要工程師；科研單位可以設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置，但做工程設(shè)計則必須是有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程公司，二者不能兼顧。在著名的“曼哈頓工程”中，格羅夫斯將軍指定負(fù)責(zé)漢福特第一生產(chǎn)堆工程設(shè)計的是工程經(jīng)驗(yàn)豐富的杜邦公司，開發(fā)核反應(yīng)堆技術(shù)的諾貝爾獎獲得者維格納博士只是“科學(xué)總監(jiān)”。為此維格納曾非常惱怒甚至揚(yáng)言辭職，但事實(shí)證明這種配置保證了工程的成功。我國也有許多類似的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。開發(fā)熔鹽堆技術(shù)可能是我國繞過許多技術(shù)困難、發(fā)展核能的捷徑。目前有很好的機(jī)會，也有很好的國際條件。國外許多核科學(xué)家認(rèn)為中國和印度有釷資源優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)發(fā)展釷核電。40年前呂應(yīng)中先生與上海核能工作者熔鹽堆研究的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)“困難”基本上克服了，而且存在廣泛的國際研究組織熱心幫助，有可能取得好的成果，對世界核能發(fā)展做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。參考資料1.艾爾文?溫伯格.第一核紀(jì)元，呂應(yīng)中譯，原子能出版社，199612.2.IdahoNationalEngineeringLaboratory.ExperimentalBreederReactorI,June15,19793.Wikipedia.Worldenergyresourcesandconsumption,20094.VACLAVSMIL,ENERGYATTHECROSSROADS.BackgroundnotesforapresentationattheGlobalScienceForumConferenceonScientificChallengesforEnergyResearch,Paris,May17-18,20065.鄭金武.徐光憲等院士呼吁：加快推動我國釷資源保護(hù)利用,科學(xué)時報,2006年12月15日6.MassachusettsInstituteofTechnology.ANINTERDISCIPLINARYMITSTUDY,TheFutureofNuclearPower,ISBN0-615-12420-8,20037.AlexisMadrigal.SteveChuPostsHisNuclearRationaleonFacebook,February22,20108.BrendanMcNamara.FuturesforNuclearPower,LectureatBournemouthNaturalScienceSociety,Jan.18,2006,2010-5-29.WHC-EP-0268,DE90013614.Cure:CleanUseofReactorEnergy,DatePublishedMay199010.HUBERTBAIRIOT.PLUTONIUMMANAGEMENTOPTIONS:LIABILITYORRESOURCE,NUCLEARENGINEERINGANDTECHNOLOGY,VOL.40NO.1FEBRUARY2008,p9-2011.StatementofDr.PhillipJ.FinckBeforetheHouseCommitteeonScience,EnergySubcommitteeHearingonNuclearFuelReprocessing,June16,200512.WNA.GenerationIVNuclearReactors,August2009/info/inf77.html13.CharlesD.Bowman."WHITELAND"....NEWRUSSIANCLOSED-CYCLENUCLEARTECHNOLOGYFORGLOBALDEPLOYMENT,LosAlamosNationalLaboratory14.MartinForwood.TheLegacyofReprocessingintheUnitedKingdom,ResearchReportNo.5InternationalPanelonFissileMaterials,July200815.PavelPodvig.ConsolidatingFissileMaterialsinRussia’sNuclearComplex,ResearchReportNo.7InternationalPanelonFissileMaterials,May200916.TadahiroKatsutaandTatsujiroSuzuki.Japan’sSpentFuelandPlutoniumManagementChallenges,ResearchReportNo.2InternationalPanelonFissileMaterials,September200617.MycleSchneiderandYvesMarignac.SpentNuclearFuelReprocessinginFrance,ResearchReportNo.4InternationalPanelonFissileMaterials,April200818.The16thN-20JointStatement,14/10/200919.藍(lán)建中.日本重啟暫停運(yùn)行１４年的快中子增殖反應(yīng)堆，國際在線，新華網(wǎng)2010-05-0720.StevenL.Hayes,J.RoryKennedy,BruceA.Hilton,RandallS.Fielding,TimothyA.Hyde,DennisD.Keiser,Jr.,andDouglasL.Porter.METALLICFUELS，IdahoNationalLaboratory，NUCLEARFUELS&MATERIALSSPOTLIGHT，March200921.J.E.Battles,J.J.Laidler,C.C.McPheeters,andW.E.Miller.PYROMETALLURGICALPROCESSESFORRECOVERYOFACTINIDEELEMENTS，ChemicalTechnologyDivisionArgonneNationalLaboratory，conf-940215-422.HishamZerriffiAnnieMakhijani.TheNuclearAlchemyGambleAnAssessmentofTransmutationa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