6.2 建设基于快堆的核燃料闭式循环体系

为解决制约中国核电发展的铀资源利用最优化和放射性废物最小化两大问题，中国已明确了“坚持核燃料闭式循环”（图4）的政策，通过后处理提取热堆乏燃料中的铀、钚，返回快堆复用，则可使铀资源的利用率提高60倍[11]。同时，通过后处理分离出的长寿命、高放射毒性的次锕系元素和裂变产物，在快堆中以焚烧和嬗变等方式消耗，可使最终地质处置核废物最小化，不仅能够有效降低乏燃料对环境的影响，监管时间也能大幅缩短，减少经济和社会成本。

为实现第二步战略以保证中国核电可持续发展，中国统筹考虑压水堆和快堆及乏燃料后处理工程的匹配发展，开展部署快堆及后处理工程的科研和示范工程建设，以实现裂变核能资源的高效利用。

在实验快堆设计、建造和试运行经验的基础上，中国快堆技术发展目前已进入了第2阶段——设计、建造中国自主示范快堆工程。中国正在自主建设核燃料循环科技示范项目，建成后将初步形成工业规模后处理能力。

为了形成与核电发展相适应的可持续发展的后处理产业，中国正在积极实施大型后处理厂相关的先进工艺、关键设备、设计和安全等技术攻关；同时，积极推动国际合作建设大型商业后处理厂。鉴于中国核能发展和后处理能力建设情况，积极完善乏燃料离堆贮存技术体系，开展干法储存技术研究，形成一定规模的乏燃料离堆贮存能力，确保核电站可持续安全稳定运行。在完成铀钚混合氧化物（Mixed Oxide，MOX）燃料元件生产试验线研发的基础上，继续开展工业规模快堆MOX燃料元件生产线工艺及检测研发设计工作，建立与示范快堆匹配的MOX燃料生产线，实现核燃料的闭式循环，最终实现核能绿色低碳、可持续发展。

6.3 实现模块化小堆技术探索核能多用途利用

目前核能大部分用于发电，只有少于1%应用于非电领域，其他潜在应用市场的开发应用，将很大程度上影响核能发展。现已在国际上开展小批量的核能供热、制冷和海水淡化；并探索核能高温利用，开发核电高温工艺供热在稠油热采、煤液化、冶金等领域应用；进一步利用水的高温裂解制氢。

除了早期的研究实验堆以及标准核电站外，世界范围内还建造了数百台小型反应堆用于海上舰船的推进动力系统。近年来，工业化国家的发电容量日趋饱和，模块化小型堆能更好地适应这些国家的电力负荷需求。从厂址适用性上说，用于发电的小型堆可以建造在远离主电网的偏远地区；用于热电联产的小型堆可在内陆厂址和城市附近建造。不仅能为中小电网、极地岛屿和偏远山区供电，还可以为城市供热，为工业园区和石化企业提供热电，为破冰船和海上船舰提供动力等。小型堆的总造价低，建造周期短，财务风险和管理风险更低。

7 实现裂变向聚变能第三步跨越的思考

7.1 探索聚变-裂变混合堆技术

过去几十年聚变技术取得了很大发展，实现纯聚变能源的商业应用，仍需解决诸多工程技术方面的挑战。聚变能商业应用尚需实现高的能量增益，研发耐高能中子辐照材料。聚变-裂变混合堆的出发点是结合聚变与裂变技术的优点，大幅降低对聚变堆芯参数的要求，促进聚变能源的提前应用并为裂变能源面临的资源短缺与锕系核素嬗变问题提供解决方案。

聚变-裂变混合堆包层中含有裂变材料或可转换材料，通过聚变中子引起的裂变倍增能量和中子，实现产氚，释放能量，易裂变材料生产和锕系核素嬗变。混合堆是次临界核反应堆，聚变堆芯是独立的外部高能中子源，可以使裂变包层以次临界态运行，有较多的剩余中子可用来产氚，实现氚自持循环。

利用混合堆能谱较硬以及高能区有效裂变中子数多的特点，裂变包层内还可实现如下功能：（1）能源生产；（2）核废料嬗变；（3）易裂变材料生产。

中国聚变-裂变混合堆研究始于20世纪80年代，先后探索了增殖堆和嬗变堆的混合堆概念。2010 年以来，在ITER项目国内配套研究的支持下，中国开展了磁约束聚变驱动混合堆的研究，提出了次临界能源堆概念设计方案，形成了磁约束聚变的混合堆概念设计方案，并给出比较可靠的安全性、经济性和工程可行性分析。该方案系统分析了传统的增殖堆与嬗变堆面临的主要问题，对未来堆运行中核燃料的一系列提出了解决思路。并进一步提出与先进次临界能源包层技术结合，形成满足大规模能源应用为基本诉求的新型聚变-裂变混合堆概念，逐步形成工程化应用的成套技术，为聚变能源技术及早大规模服务于人类经济社会创造条件。但是也应清醒地看到，混合堆的建造要以大力开展受控聚变的理论与实验的研究为前提。

7.2 关注聚变和裂变技术的交叉研究

随着聚变技术的开发，聚变和裂变的研究在很多领域有协同增效的研究效果。目前，主要鼓励在材料特性研究和新材料研发的多尺度建模领域开展更紧密的合作。该研究需重视模型的设计规则，并验证建模方法，包括必要的环境试验和适当的辐照。该活动有助于核裂变与核聚变的核材料研究领域的交流，帮助克服限制聚变和裂变开发中的障碍。裂变和聚变设施的运行必须考虑氚的排放量。因此需要进一步研究评估和减轻限制氚排放所造成的影响。

该研究要尽量减少氚在源头的渗透，并捕获和储存金属废物、液态和气态流出物中的氚，该研究将有助于解决聚变与裂变设施中氚管理的关键问题，满足监管要求，从而减少对环境及健康的负面影响，提供可靠的基于科学的政策建议。

7.3 核聚变中间技术的应用开发

在核聚变领域研发过程中开发出的尖端技术，同时又产生出众多对产业有贡献的革新技术，并带动各个尖端科技领域的进步。就ITER而言。涉及的领域包括超导研究、高真空、生命科学、遥控密封、环境科学、等离子体、信息通信、加热技术、纳米材料等学科。随着聚变研究开发的深入进行，必将带动人类高新科技的更大发展，同时在各个领域对人类做出积极的贡献。

8 结论

经过近60年的发展，核电及配套的核燃料技术成为日益成熟的产业，在世界上成为继火电及水电以外第三大发电能源，能够规模化提供能源并实现CO2 及污染物减排。福岛核事故5 年后，世界核电发展的总趋势和格局是稳定的，面对全球广阔的核电市场，中国核能“走出去”成为必然的选择。中国已经制定了宏观核能发展战略，核能作为比较清洁、低碳、环境友好的能源，在保障安全的基础上，进一步规模化发展能够加强中国能源多元化、清洁化和低碳化趋势。在雾霾肆虐全国的大背景下，选择既清洁又经济的核电，将对大气污染的治理做出重大贡献。

相比于全球核电站运行经验超过16000 堆年，中国核电站运行经验约180堆年，核能产业的发展仍处在初级阶段，需要认识到中国核能基础研究薄弱，技术储备不足，对长远发展目标和路线图的论证还不够深入，全产业链各个环节的发展尚未协调配套，核能发展的法制建设和管理体制有待改进完善。特别是针对核能科技发展的“三步走”战略还有待深入论证，通过科技规划来落实；在科技规划实施中坚持自主创新和集成创新，以先进核电型号研发引领，以基础研究的原始创新推动核科技规划的快速稳定发展；仍需整合行业研发资源，统筹布局，建立国家实验室与国家科学中心、科技创新中心、国家重点实验室等科技平台；建立大型工程试验室，夯实中国创新基础平台；建立企业级创新研发平台，包括核电装备的生产工艺和产品制造创新。

为更好促进核工业的未来发展，需要通过立法完善科学、健康的行业发展体制，通过标准化和建立经验反馈平台，建设提高安全水平和运行性能，通过建设数字化核电站来整合核电研发设计方、建设方和制造方，保证全寿期的安全运行。同时，必须考虑客户需求，还要考虑与其他能源的竞争，核能应保持在能源领域的竞争力，在国际上实现“走出去”；在能源格局中发挥重要作用，与可再生能源协调发展；同时，核燃料产业前后段发展等方面协调发展，探索核能和核技术的多用途利用，造福人类。

核能是稳定且丰富的低碳能源，核工业在应对全球气候变化进程中有着独有的突出贡献。中国核工业将坚持安全发展、创新发展，通过科技创新和体制机制创新驱动，构建行业创新体系，不断推动转变升级，全面提升核工业的核心竞争力，最终实现将为人类提供可永续发展的核能。