日前，第三屆核安全峰會(huì )在荷蘭海牙舉行，峰會(huì )主題是，如何加強核設施和核材料的保護，防止出現核事故。迄今，核裂變能一直存在三大問(wèn)題：能否安全運轉；原料能否保障供應；核廢料如何安全儲存。目前，幾個(gè)大國在加強國際合作的同時(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，人類(lèi)將獲得安全、清潔、廉價(jià)和取之不竭的能源，從而在保護生態(tài)環(huán)境的情況下實(shí)現經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展。
核能(電)今昔
據世界核能協(xié)會(huì )(WNA)統計，截至2012年11月，全球共有30個(gè)國家運行著(zhù)436臺核電機組，總裝機容量為3.74億千瓦；13個(gè)國家正在建設62臺核電機組，總裝機容量為6300萬(wàn)千瓦；27個(gè)國家計劃建設167臺核電機組，總裝機容量為1.82億千瓦。2012年全球核電鈾需求量為67990噸。
國際原子能機構2013年7月15日發(fā)表報告指出，2012年核電國家在加強核安全方面取得顯著(zhù)進(jìn)展，但437座運行中的核反應堆機組中，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)國家面臨的挑戰。核能是原子核結構發(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(又稱(chēng)裂變)時(shí)和輕元素的原子核發(fā)生聚合反應(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放出的核能發(fā)電的裝置。其核心是核反應堆，它是一個(gè)能維持和控制核裂變反應的裝置，在這里實(shí)現核能——熱能轉換。
20世紀60年代，美國曾積極發(fā)展核能(電)業(yè)。1973年3月，美國三里島壓水堆核電站因操作失誤等原因，發(fā)生堆芯熔毀嚴重事故，使美國核電業(yè)發(fā)展受到重創(chuàng )，美國核能(電)業(yè)陷入停滯。目前，美國有104座核反應堆，其中69座為壓水反應堆，35座為輕水反應堆。奧巴馬擔任美國總統以來(lái)，一再強調美國將繼續發(fā)展核能(電)業(yè)。2012年5月，美國核管理委員會(huì )批準南方電力公司兩臺AP1000核電機組的建設和運行許可證，裝機容量均為110萬(wàn)千瓦，分別于2016年和2017年投入運行。這是30年來(lái)美國第一次建設新的核電站。
20世紀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)運行的核電機組大多數在此期間建成，稱(chēng)為第二代核電機組。俄羅斯是世界核能大國之一，擁有豐富的鈾礦儲量，掌握了從鈾礦開(kāi)采到發(fā)展核電整體技術(shù)。目前，俄羅斯國內運營(yíng)核電機組32臺，有500多家企業(yè)和機構、19萬(wàn)人員從事核能研發(fā)工作。2012年9月，俄羅斯國家原子能公司副總裁表示，俄羅斯計劃將于2030年前再建38個(gè)核電機組。
為保證核電站安全運行，20世紀90年代，美國和歐洲先后出臺了URD文件和EUR文件，明確了提高安全可靠性和防范嚴重事故的要求。國際上通常把滿(mǎn)足這兩個(gè)文件的核電機組稱(chēng)為第三代核電機組。2000年1月，在美國能源部倡議下，美、英、日等十個(gè)有意發(fā)展核能利用的國家，聯(lián)合組成“第四代國際核能論壇”，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。第四代核能利用系統，指安全性和經(jīng)濟性都更加優(yōu)越，廢物量極少，無(wú)需廠(chǎng)外應急，并具有防核擴散能力的核能利用系統，其商用化估計到2030年前后實(shí)現。
“棄核”還是“興核”
世界核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很不平衡。據世界核能協(xié)會(huì )統計，截止2009年2月，全球運營(yíng)的核反應堆共436座，核電裝機總容量達371927MWe，約相當于全球電力裝機總容量的8%。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%。在擁有核反應堆的31個(gè)國家和地區中，美國、法國、日本三個(gè)國家的核能發(fā)電量、在役核反應堆數和裝機容量分別占全球的58%、50%和57%。
進(jìn)入21世紀以來(lái)，一些國家掀起核電站建設新熱潮。2009年11月英國公布核能擴建計劃，提出興建10座核電站。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2010年3月19日公布的“能源基本計劃”草案中心內容包括將核能發(fā)電作為“低碳電力資源的核心”，計劃在2030年前至少新建14座核電站。韓國提出在2015年前，除在建的4臺核電機組外，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，一些國家展開(kāi)“棄核”還是“興核”之爭。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%，不具備繼續擴建核電站的自然條件，退出“核電大國”俱樂(lè )部在所難免。但日本國內缺少化石能源資源，去核電化將影響仍不景氣的經(jīng)濟。
目前，歐盟境內共有143座核電站，分布在14個(gè)國家，其中，法國58座，英國19座，德國17座。核能發(fā)電量約占歐盟發(fā)電總量的1/3，滿(mǎn)足其約15%的能源需求。歐盟理事會(huì )、各國政府和社會(huì )各界圍繞核電政策爭論激烈。2011年3月1德國總理默克爾宣布，關(guān)閉國內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。瑞士繼德國之后決定，逐步關(guān)停本國所有核電站。法國建立了大規模的核能工業(yè)體系，核電占法國發(fā)電總量的78%。法國則堅持發(fā)展核電，以確保能源可持續發(fā)展。
災難與科學(xué)相伴
世界第一座核電站運行60多年來(lái)，已發(fā)生三次事故，越來(lái)越多的核廢料儲存也存在巨大隱患，特別是鈾等資源能否保證供應，引起各方關(guān)注。從核裂變邁向核聚變是核電業(yè)發(fā)展大勢所趨。
1934年，法國物理學(xué)家居里夫婦用a粒子轟擊鎂和硼的時(shí)候，產(chǎn)生了人工放射現象。1938年，德國科學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在居里夫人實(shí)驗基礎上，發(fā)現了核裂變反應。1942年12月，費米領(lǐng)導的科學(xué)家們在芝加哥大學(xué)體育場(chǎng)西看臺下一個(gè)網(wǎng)球廳操縱世界上第一座核反應堆啟動(dòng)運行成功，首次實(shí)現了大型核反應堆和制造钚的工廠(chǎng)，按時(shí)、按值、按量提供钚。在著(zhù)名物理學(xué)家勞倫斯領(lǐng)導下，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)導制造出實(shí)用的原子彈。
哈恩與他的同事、助手實(shí)現了核裂變反應，奠定下制造原子彈、原子能和平利用的理論和實(shí)踐基礎。但在第二次世界大戰期間，哈恩竭盡其力不使德國獲得原子彈。1958年，由哈恩發(fā)起、50多位諾貝爾獎獲得者簽名的“宣言”指出：“在今天的戰爭中，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，其強度足以滅絕全人類(lèi)�！�
核裂變原料主要是鈾。在全球已探明鈾礦資源儲量中，澳大利亞占25%，哈薩克斯坦占20%，其他鈾礦資源儲量較多的國家有加拿大、俄羅斯、烏茲別克斯坦和尼日爾等非洲國家。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，日本內閣府原子能委員會(huì )代理委員長(cháng)鈴木達次就核裁軍和防止核擴散提出“十項建議”中再次提出，應開(kāi)發(fā)釷核電技術(shù)。據科學(xué)家們估計，全球釷礦資源儲量比鈾礦資源儲量多三、四倍，分布在許多國家，已探明釷礦資源儲量足夠世界使用100年。釷在反應堆燃燒過(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原料。
“裂變”邁向“聚變”
鈾、釷礦資源都是不可再生資源。因此，一些國家正大力研發(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是一種公認的高效、清潔、安全核聚變原料。椐科學(xué)家們估計，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的儲量極少，不具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。因此，一些國家正在研發(fā)利用氫同位素為原料，即核聚變原料主要是氫、氘和氚。氘也叫重氫，1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，對環(huán)境的污染很小。
美國科學(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“國家點(diǎn)燃設施”實(shí)驗室，科學(xué)家的目標是制造出1億攝氏度以上的溫度和比地球上任何地方大數十倍的壓力，而產(chǎn)生此溫度和壓力的來(lái)源只是相當于針尖大小的一點(diǎn)氫燃料。
《科技日報》2013年1月援引《科學(xué)》雜志網(wǎng)站提供的信息：歐盟負責核聚變研發(fā)工作的機構——歐洲核聚變發(fā)展協(xié)會(huì )發(fā)布的歐盟聚變示范電站設計與開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖，計劃于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劃，路線(xiàn)圖倡導繼續仿星器的設計和開(kāi)發(fā)。仿星器是一種替代性聚變反應堆，其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠連續穩定地運行。德國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反應堆安裝一種叫“仿星器”的設備，旨在模仿恒星內部持續不斷的核聚變反應。
物理學(xué)家組織網(wǎng)站2013年9月援引勞倫斯.利弗莫爾國家實(shí)驗室報告稱(chēng)，世界最大激光器、被稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”的美國國家點(diǎn)火裝置正距離其目標越來(lái)越近，一個(gè)可持續核聚變反應裝置正在由夢(mèng)想逐步成為現實(shí)�！ 皵凳旰�，核聚變能源將替代石油等傳統燃料�！�
探索未來(lái)能源
歐盟聚變示范電站設計與開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖認為，人類(lèi)在利用聚變發(fā)電方面取得進(jìn)展的關(guān)鍵在于“國際熱核聚變實(shí)驗堆(ITER)計劃”的實(shí)施。
2005年6月，歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國的國際熱核聚變反應堆計劃六方代表在莫斯科達成協(xié)議，確定法國南部城市馬賽附近的卡達拉舍為國際熱核聚變反應堆的建造地。國際熱核實(shí)驗反應堆計劃的目的是建立世界上第一個(gè)受控熱核聚變實(shí)驗反應堆，其規模與未來(lái)實(shí)用型的核聚變反應堆相仿，用以解決建設核聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。計劃建造的熱核實(shí)驗反應堆預計將耗資128億美元，其中，歐盟承擔40%，其他五方分別承擔10%。這是除國際空間站外又一規模最大的國際科技合作項目。2006年11月，歐盟、美國、中國、日本、俄羅斯、韓國和印度的代表在法國總統府愛(ài)麗舍宮共同簽署了國際熱核聚變實(shí)驗反應堆計劃聯(lián)合實(shí)施協(xié)定。國際熱核聚變實(shí)驗堆計劃正式啟動(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。
國際熱核聚變實(shí)驗反應堆的原理類(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、氚的聚變反應釋放出核能。核聚變燃料氘和氚可以從海水中提取，核聚變反應不產(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。
國際熱核聚變實(shí)驗堆計劃(ITER)正在取得進(jìn)展,將于2019年在法國開(kāi)始試驗。如果試驗成功，該項目獲得的數據將幫助ITER研究團隊設計一個(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)家預測，人類(lèi)有望在30至50年內掌握核聚變技術(shù)，從而有效解決人類(lèi)面臨的能源和環(huán)境問(wèn)題。
中國全面提升核安全水平
自1984年以來(lái)，中國核能業(yè)發(fā)展迅速。目前中國已有商業(yè)運行的核電機組17臺，總裝機容量1470萬(wàn)千瓦，在建核電站機組29臺，總裝機容量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，國務(wù)院批復《核安全與放射性污染防治“十二五”規劃及2020年遠景目標》，強調安全是核電發(fā)展的生命線(xiàn)，全面加強核電安全管理，必須把安全第一的方針落實(shí)到核電規劃、建設、運行、退役全過(guò)程及所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)。2020年遠景目標具體包括：運行和在建核設施安全水平持續提高，“十三五”及以后新建核電機組力爭實(shí)現從設計上實(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)準入門(mén)檻，需按照全球最高安全要求新建核電項目，新建核電機組必須符合三代安全標準。
2013年10月，在四川省綿陽(yáng)參加中國科技城科技博覽會(huì )的中核集團工作人員表示，中國自主三代核電品牌ACP1000已具備2013年底開(kāi)工條件，同時(shí)，多重防護措施保證其有能力抵御“福島式”核事故。中國三代核電站建設穩步推進(jìn)，四代核電技術(shù)取得突破�！逗穗娭虚L(cháng)期發(fā)展規劃(2011—2020年)》確定，2015年將完成原規劃當中的在運4000萬(wàn)千瓦核電裝機的目標，在建核電裝機規模有所上調，將略超過(guò)2000萬(wàn)千瓦；到2020年中國核電裝機容量將達到在運5800萬(wàn)千瓦，在建3000萬(wàn)千瓦。
2013年10月，英國政府與法國電力集團公司(法電集團)達成工程建設協(xié)議，后者將與法國阿海法核電集團以及中國兩家核電企業(yè)合作，在英國興建兩臺第三代壓水堆核電機組，總投資160億英鎊，法電集團將持股40%至50%，阿海法將持股10%，中國核工業(yè)集團和廣東核電集團有限公司將共同持股30%至40%。