日前，第三屆核安全峰會在荷蘭海牙舉行，峰會主題是，如何加強核設(shè)施和核材料的保護，防止出現(xiàn)核事故。迄今，核裂變能一直存在三大問題：能否安全運轉(zhuǎn)；原料能否保障供應(yīng)；核廢料如何安全儲存。目前，幾個大國在加強國際合作的同時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現(xiàn)，人類將獲得安全、清潔、廉價和取之不竭的能源，從而在保護生態(tài)環(huán)境的情況下實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。
核能(電)今昔
據(jù)世界核能協(xié)會(WNA)統(tǒng)計，截至2012年11月，全球共有30個國家運行著436臺核電機組，總裝機容量為3.74億千瓦；13個國家正在建設(shè)62臺核電機組，總裝機容量為6300萬千瓦；27個國家計劃建設(shè)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(gòu)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進展，但437座運行中的核反應(yīng)堆機組中，有162座使用已超過30年，有22座使用超過40年。因此，核電站老化問題是有關(guān)國家面臨的挑戰(zhàn)。核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放出的能量，在實用上指重元素的原子核發(fā)生分裂反應(yīng)(又稱裂變)時和輕元素的原子核發(fā)生聚合反應(yīng)(又稱聚變)時所放出的巨大能量。因此，核能分別稱裂變能和聚變能。
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，它是一個能維持和控制核裂變反應(yīng)的裝置，在這里實現(xiàn)核能——熱能轉(zhuǎn)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(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)任美國總統(tǒng)以來，一再強調(diào)美國將繼續(xù)發(fā)展核能(電)業(yè)。2012年5月，美國核管理委員會批準南方電力公司兩臺AP1000核電機組的建設(shè)和運行許可證，裝機容量均為110萬千瓦，分別于2016年和2017年投入運行。這是30年來美國第一次建設(shè)新的核電站。
20世紀70年代后，石油價格上漲推動了核能(電)業(yè)發(fā)展，目前世界商業(yè)運行的核電機組大多數(shù)在此期間建成，稱為第二代核電機組。俄羅斯是世界核能大國之一，擁有豐富的鈾礦儲量，掌握了從鈾礦開采到發(fā)展核電整體技術(shù)。目前，俄羅斯國內(nèi)運營核電機組32臺，有500多家企業(yè)和機構(gòu)、19萬人員從事核能研發(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。國際上通常把滿足這兩個文件的核電機組稱為第三代核電機組。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(tǒng)。第四代核能利用系統(tǒng)，指安全性和經(jīng)濟性都更加優(yōu)越，廢物量極少，無需廠外應(yīng)急，并具有防核擴散能力的核能利用系統(tǒng)，其商用化估計到2030年前后實現(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)會統(tǒng)計，截止2009年2月，全球運營的核反應(yīng)堆共436座，核電裝機總?cè)萘窟_371927MWe，約相當(dāng)于全球電力裝機總?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個國家和地區(qū)中，美國、法國、日本三個國家的核能發(fā)電量、在役核反應(yīng)堆數(shù)和裝機容量分別占全球的58%、50%和57%。
進入21世紀以來，一些國家掀起核電站建設(shè)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(nèi)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“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(xù)擴建核電站的自然條件，退出“核電大國”俱樂部在所難免。但日本國內(nèi)缺少化石能源資源，去核電化將影響仍不景氣的經(jīng)濟。
目前，歐盟境內(nèi)共有143座核電站，分布在14個國家，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，滿足其約15%的能源需求。歐盟理事會、各國政府和社會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(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。瑞士繼德國之后決定，逐步關(guān)停本國所有核電站。法國建立了大規(guī)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(xù)發(fā)展。
災(zāi)難與科學(xué)相伴
世界第一座核電站運行60多年來，已發(fā)生三次事故，越來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(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候，產(chǎn)生了人工放射現(xiàn)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驗基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了核裂變反應(yīng)。1942年12月，費米領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們在芝加哥大學(xué)體育場西看臺下一個網(wǎng)球廳操縱世界上第一座核反應(yīng)堆啟動運行成功，首次實現(xiàn)了大型核反應(yīng)堆和制造钚的工廠，按時、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)家奧本海默領(lǐng)導(dǎo)制造出實用的原子彈。
哈恩與他的同事、助手實現(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(zhàn)爭中，如果不加限制地使用一切可能的武器，將會使地球沾染上放射性，其強度足以滅絕全人類�！�
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(nèi)閣府原子能委員會代理委員長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(yīng)開發(fā)釷核電技術(shù)。據(jù)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(yīng)堆燃燒過程不產(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，不具有開發(fā)價值。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23.4萬億噸氘，足夠人類使用幾十億年�？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，問題是核聚變過程中不能實現(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)家希望通過模仿太陽中心核聚變能原理，打造出微型“人造太陽”，為將來探索新能源帶來希望。在加利福尼亞州弗莫爾市的“國家點燃設(shè)施”實驗室，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(shù)十倍的壓力，而產(chǎn)生此溫度和壓力的來源只是相當(dāng)于針尖大小的一點氫燃料。
《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(zé)核聚變研發(fā)工作的機構(gòu)——歐洲核聚變發(fā)展協(xié)會發(fā)布的歐盟聚變示范電站設(shè)計與開發(fā)路線圖，計劃于2050年建成一座未來可供工業(yè)界使用的原型聚變電站。作為最主要的備用計劃，路線圖倡導(dǎo)繼續(xù)仿星器的設(shè)計和開發(fā)。仿星器是一種替代性聚變反應(yīng)堆，其最大優(yōu)點是能夠連續(xù)穩(wěn)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(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.利弗莫爾國家實驗室報告稱，世界最大激光器、被稱為“人造太陽”的美國國家點火裝置正距離其目標越來越近，一個可持續(xù)核聚變反應(yīng)裝置正在由夢想逐步成為現(xiàn)實。 “數(shù)十年后，核聚變能源將替代石油等傳統(tǒng)燃料�！�
探索未來能源
歐盟聚變示范電站設(shè)計與開發(fā)路線圖認為，人類在利用聚變發(fā)電方面取得進展的關(guān)鍵在于“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”的實施。
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(yīng)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(yīng)堆的建造地。國際熱核實驗反應(yīng)堆計劃的目的是建立世界上第一個受控?zé)岷司圩儗嶒灧磻?yīng)堆，其規(guī)模與未來實用型的核聚變反應(yīng)堆相仿，用以解決建設(shè)核聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問題。計劃建造的熱核實驗反應(yīng)堆預(yù)計將耗資128億美元，其中，歐盟承擔(dān)40%，其他五方分別承擔(dān)10%。這是除國際空間站外又一規(guī)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(tǒng)府愛麗舍宮共同簽署了國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆計劃聯(lián)合實施協(xié)定。國際熱核聚變實驗堆計劃正式啟動，這是人類在核聚變研究、共同探索未來能源的里程碑事件。
國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆的原理類似太陽發(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人類寄予厚望的新能源。
國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)正在取得進展,將于2019年在法國開始試驗。如果試驗成功，該項目獲得的數(shù)據(jù)將幫助ITER研究團隊設(shè)計一個在2040年前建成的、2000兆瓦至4000兆瓦的示范性核聚變電站。一些專家預(yù)測，人類有望在30至50年內(nèi)掌握核聚變技術(shù)，從而有效解決人類面臨的能源和環(huán)境問題。
中國全面提升核安全水平
自1984年以來，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1470萬千瓦，在建核電站機組29臺，總裝機容量3057萬千瓦，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(fù)《核安全與放射性污染防治“十二五”規(guī)劃及2020年遠景目標》，強調(diào)安全是核電發(fā)展的生命線，全面加強核電安全管理，必須把安全第一的方針落實到核電規(guī)劃、建設(shè)、運行、退役全過程及所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)。2020年遠景目標具體包括：運行和在建核設(shè)施安全水平持續(xù)提高，“十三五”及以后新建核電機組力爭實現(xiàn)從設(shè)計上實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。在具體實施過程中，提高核電技術(shù)準入門檻，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，在四川省綿陽參加中國科技城科技博覽會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年底開工條件，同時，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(shè)穩(wěn)步推進，四代核電技術(shù)取得突破�！逗穗娭虚L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4000萬千瓦核電裝機的目標，在建核電裝機規(guī)模有所上調(diào)，將略超過2000萬千瓦；到2020年中國核電裝機容量將達到在運5800萬千瓦，在建3000萬千瓦。
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(shè)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%。