第1页共22页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共22页第四代核能发展的困境作者：杜铭海2002年美国能源部发起“第四代国际论坛”(GIF)，核科学界曾“为之一震”，新一代核能系统研发有很大起色，但目前“步履维艰”；2006年发起“全球核能合作伙伴”(GNEP)，也“风靡一时”，得到世界许多国家的支持，但执行起来“困难重重”。几个国家宣布2020年建成第四代钠冷快堆(SFR)原型机，但广泛商业部署时间要到2040-50年之后。在能源紧缺、全世界紧急呼吁发展“低碳经济”，社会公众、甚至绿色和平组织的创始人都寄希望于核能的“空前大好”时机，核工业界却推不出使人振奋的发展规划。真正能够实施的项目仍然是现代“热堆”。传统核能发展有什么“坎”过不去？希望在哪里？这是作者希望探讨的问题。1.核能是可持续的能源学“核”出身的人，很少怀疑核能的“可持续性”。因为爱因斯坦质能关系E=MC2是经证实、宇宙普遍适用的客观规律。地球上的能源最终来源于质量转换为能量的核反应过程。原子核内蕴藏着极大的能量，比原子、分子的化学能高百万倍！上个世纪前期是核物理学发展的“黄金时代”。1896年英国科学家贝克勒尔发现放射现象后，1905年德国理论物理学家爱因斯坦提出了质能关系定律，引起物理学界的思考与探索。1932年英国物理学家詹姆斯•查德威克发现中子；1835年日本物理学家汤川秀树提出原子核本性假说，核由质子与中子组成，靠“核力”克服质子间的固有斥力，束缚在一起。1939年1月德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现铀裂变，但无法做出科学的解释；奥地利女物理学家梅特娜和她的外甥物理学家弗里希把哈恩的实验现象与爱因斯坦理论结合起来，既说明了核裂变的本质，也证实了E=MC2定律的普适性。核裂变同时释放大量能量的新闻及其骇人的可能性，在极短时间内引起核物理学界的震惊是难于形容的。“世界上只要有核物理学家的国家都在讨论、实验或发展核能”，连大学物理专业的学生都在议论这一发现的重大意义[1]。1942年12月2日，费米领导的核科学家在芝加哥大学体育馆地下室内首次实现受控的链式核反应，宣布世界进入“原子时代”；1951年12月20日钠化钾冷却实验快堆EBR-I首次发电点亮4个灯泡[2]，则是理论指导实践的范例与核能成功跻身能源行列之光。第2页共22页第1页共22页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共22页1951年12月20日，阿贡国家实验室I#实验增殖堆（EBR-I）首次发电，用四个点亮的灯泡标志这一历史事件从发现核裂变至今只有70年，但核电装机达到370百万千瓦（GWe），占世界电力容量的16%、发电量的20%、一次能源供应的6%，成为不可或缺的三大能源支柱之一，是人类智慧创造的伟大奇迹！尽管发现自然界可能裂变的物质只有铀和钍，目前利用的核能还限于天然铀中含量0.71%的铀-235，但科学实践证明天然铀和钍中蕴涵的核能都能开发出来。铀和钍是地球壳层含量比较丰富的化学元素，除自然衰变成为“地热”和天然放射性本底与污染源外，其它用途有限。但充分开发利用铀和钍的裂变能，就可最终解除世界能源供应的忧虑，改变几十亿人的生活方式，提高生活质量，使全人类活得有“尊严”。因为，铀或钍的裂变能得到充分利用，一百万千瓦(1Gwe)的核电机组每年只需1吨核燃料。2050年全世界90亿人口，按照西方先进国家人均耗能的1/2考虑(～3kWe，目前中国人均1.6kWe)[3]，27000GWe核电机组，年需核燃料2.7万吨，靠现有的天然铀资源(470万吨)可供应～200年。如果考虑陆地花岗岩和海水中的天然铀(分别为2200万吨和4亿吨)，再加上钍资源，实际上可供应人类能源几千、上万年。这是核科学界的“追求”和“梦想”。它的代表人物、诺贝尔物理奖获得者、美国原子能委员会主席西博格1972年曾保证，“2000年前后核裂变不仅会在全球电力生产中占主要地位（随着快增殖堆份额的增加），而且我们还要依靠商业聚变与核推进宇宙飞船载人去火星”；美国原子能委员会1974年预报，2000年美国核装机容量为1200GWe[4]。然而目前的现实是，全世界运行的～440台核电机组，多是靠固体铀/钚燃料运行的热（中子）堆，卸料前增殖的钚裂变占输...
