針對核廢料處理、核燃料供給、核科學工程人才三大瓶頸：

核能具有綠色、高效、低碳排放和可規模生產的突出優勢已被世人公認，從20世紀90年代開始，全球核能迎來發展的春天，而近年來我國更是將“積極發展”核能列入了中長期發展規劃的戰略重點之一。

據國家發展和改革委員會2007年10月通過的《核電中長期發展規劃(2005-2020年)》，到2020年，我國核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦；僅僅3年之后的今天，這一目標已經不能滿足社會經濟發展的需要，據有關專家透露，到2020年，中國核電裝機容量將達7000萬～8000萬千瓦，到2030年，核電裝機將提高到2億千瓦，2050年則將提高到4億千瓦。

可以預見，我國核能長期持續發展的主要瓶頸是“核廢料處理”、“核燃料穩定供給”和“核科學工程人才”。近來，中國科學院針對這些核心問題，提出了以建立ADS(加速器驅動的次臨界系統)嬗變系統和釷基核能系統為最終目標的“未來先進核裂變能”戰略性先導科技專項，希望通過開展基礎性、前瞻性和戰略性的先導專項研究，儲備未來先進核能的核心技術和人才，并與我國已有或正在部署的其他重要內容一起，構成我國近中遠相結合的核能發展完整布局，保障其長期持續發展。

利用ADS系統嬗變長壽命核廢料

根據我國的核電中長期發展規劃和相關預測，我國的核電發展速度將遠遠高于世界核電發展的平均速度。目前全球在建的28個核電站中，17個在亞洲，而我國就占其中的12個。

有關專家給記者算了一筆賬：一座1GWe的核電站，按一年使用25噸濃縮鈾計算，則每年卸出燃燒過的乏燃料約25噸，其中，可再利用的鈾(其中含1%235U)約為23.75噸，钚約200公斤，中短壽命的裂變產物(FPs)約1噸，壽命長達百萬年的次錒系核素(MAs)約20公斤，長壽命裂變產物(LLFPs)約30公斤。

目前，我國《核電中長期發展規劃(2005-2020)》的調整方案正在等待國務院最后審批。其2020年的保守目標是運行75GWe(1GWe=1百萬千瓦)、在建30GWe，努力目標則是運行80～100GWe。按保守目標估算，到2020年的核乏料累積存量為0.75萬～1.25萬噸；按努力目標計算，則達到2.0萬～2.5萬噸，其中钚160～200噸、MAs16～20噸、LLFPs24～30噸。

那么，在快速發展核電的同時，如何安全地處理處置長壽命核廢料？

美國作為世界上核電規模最大的國家，采用的是被稱為“一次通過”的方案，也就是核乏料從核電站反應堆內卸出并經冷卻后，直接進行永久性地質深埋儲存。該方案的出發點是不分離核乏料中的钚，以免核擴散；但這種方案也浪費了核乏料中仍可使用的核燃料，而且建設和運行地質處置庫的成本極高。更為嚴重的是，核廢料的放射性壽命長達上百萬年，“在如此長的時間內，它們對整個生物圈的放射性危害難以預估和控制。”相關專家表示。因此，美國的“尤卡山計劃”在實施22年后于2009年9月被奧巴馬政府終止。

法國是世界上核電占全國總發電量比例最高的國家，達到80%。因此法國極為重視核廢料的安全處理處置問題，多年來一直致力于建立和完善被稱為“閉式循環”的核燃料循環技術，即對核乏料進行分離，把其中96%～97%的鈾和钚再制成核燃料棒進行循環使用，把另外3%～4%的長壽命和高放射性核廢料(主要是次錒系元素和裂變子核)進行地質永久深埋。“這種辦法可大幅度降低需要地質處置的核廢料的體積，但仍沒有解決核廢料的長周期放射性問題。”專家表示。

為更好地解決核廢料的長壽命放射性問題，目前國際核能界正致力于發展核的嬗變技術，以便于進一步對分離出來的核廢料在經嬗變(使其放射性壽命從數百萬年降低到約700年)后再地質深埋，從而使人們在現有的技術條件下能夠較好地保證安全處置核廢料，消除公眾對核廢料污染的疑慮。

快中子反應堆(簡稱快堆)和ADS系統原則上都能嬗變核廢料。據國際原子能機構研究認為，ADS系統具有更高的中子余額和更硬的中子能譜，對嬗變更有利，是安全處置核廢料最有潛力的工具。我國也曾就此組織多次院士咨詢，結論是“從我國核能可持續發展戰略中的地位看，快堆側重于核燃料增殖，ADS側重于核廢料嬗變，是比較合理的選擇”。

據介紹，ADS系統研究是目前國際核能界的熱點。為確保核能的長期持續發展，我國也需盡早制定ADS發展路線圖，而中科院正是瞄準這一國際研究前沿和熱點，計劃展開系統性攻關。

挖掘釷資源潛力

自然界中天然存在的核燃料僅有鈾-235一種，而且其在天然鈾中的含量很低(約0.7%)，因此，全球的鈾-235核燃料資源量是十分有限的。國際原子能機構在2009年的相關報告中按全球約2TW(1TW=1000GW)的核電規模估算，鈾-235資源還可供人類使用50～80年。因此要實現核能的長期可持續發展，就必須實現核燃料來源的多樣化，保障核燃料的穩定供應。

鈾-238是可人工轉換的核燃料，在天然鈾中的含量高達99.3%。利用快堆可使鈾-238轉變為钚-339，后者再吸收中子后即開始裂變并釋放能量。理論上利用快堆可使鈾核燃料的利用效率比壓水堆提高60倍左右，據此估算鈾-238可供人類使用上千年。

由于鈾钚燃料循環過程中會產生大量的钚，因此需要特別重視防止核擴散；另外，其費用也比較高。據悉，我國第一座快堆——“中國實驗快堆(CEFR)”在今年7月21日首次達到臨界，使我國成為世界上第八個擁有快堆技術的國家之一，標志著我國先進核能系統技術的重大突破。

釷-232是另一種可人工轉換的核燃料，它在吸收一個中子之后將轉變為鈾-233。后者的中子產額很高，比鈾-235和钚-239更具優勢，可據此形成釷鈾燃料循環，而且釷鈾轉換過程伴有強γ輻射，可有效防止核擴散。特別值得指出的是，地球上的釷資源量是鈾的3～4倍，而我國的釷資源蘊藏是比較豐富的。我國已查明的釷資源工業儲量28萬多噸(ThO2)，其中75%以上在白云鄂博的主東礦區。

但目前釷并未被當做核燃料資源得到應有的重視，流失十分嚴重。2005年，徐光憲、師昌緒、何祚庥等15位院士向國務院提交了《關于保護白云鄂博礦釷和稀土資源避免黃河和包頭受放射性污染的緊急呼吁》，建議保護白云鄂博礦釷和稀土資源，避免黃河和包頭遭受放射性污染，同時提出研究開發釷鈾-233循環堆。該建議很快得到了國務院總理溫家寶批示：“這個建議很重要，請國家發改委閱辦。”專家認為，開發利用釷資源的核能價值，不僅可擴大核燃料的來源，還可解決稀土開采中的釷資源流失和放射性環境污染問題。

國際原子能機構對釷燃料循環的優點持肯定態度。早在2005年4月，國際原子能機構就有報告指出，釷鈾循環不僅產生低放廢料，且消耗低；釷鈾循環轉換效率比鈾钚循環更高；釷鈾循環可在更寬的中子譜內進行；釷基燃料的在堆性更好；釷基核廢料的長期暫存和永久儲存處理較簡單；此外它有利于更徹底地消耗钚、廢料的放射性毒性。我國科學家對此也十分重視，2007年中科院在《21世紀上半葉我國能源可持續發展體系戰略研究》中提出了設立以釷資源利用為重點的國家重大專項的建議；2008年國家能源局也建議設立釷資源核能利用國家級科研專項。

目前，核能發達國家均制定了釷資源利用的長期計劃，積極推進相關研究。以印度為例，印度的釷資源比中國更豐富，印度已制定了三階段核能發展計劃，并計劃在2050年左右實現大規模商業應用。他們建立了使用鈾-233燃料的Kamini研究堆，并在Trombay的研究堆和重水堆中輻照釷燃料；同時也在積極推進先進釷燃料重水堆(AHWR)的設計與開發。日本也于2008年10月牽頭并聯合美、法等成立了釷基熔鹽堆國際合作論壇，確定了研究戰略，制定了路線圖并提出綜合釷基熔鹽核能系統的設想。其他歐盟數國、美國、加拿大等也都推出了相關研究計劃。

要開發利用釷-232的核能價值，就必須掌握釷的完整的核數據，深入理解和掌握從釷-232到鈾-233的轉換規律，同時要研究適應釷的特點的反應堆。據介紹，我國從上世紀60年代開始，曾開展過30多年的釷鈾循環基礎研究，但總體上基礎仍然很薄弱。

路線圖清晰

在采訪中，記者看到對于開展釷基核能系統和ADS嬗變系統兩大內容的戰略性、前瞻性、基礎性研究，中科院已經有一個清晰的科技發展路線圖。

在ADS嬗變系統方面，中科院初步擬定了三階段計劃，分別在2016年、2022年和2032年前后，先后建成預研裝置、實驗裝置和示范裝置；此后將進入技術轉移及商業應用和推廣階段。

在釷基核能系統方面，計劃在到2015年左右的第一階段，集中力量加強釷鈾循環和熔鹽反應堆技術的基礎研究和技術攻關，在此后的2020年和2030年前后，力爭完成10兆瓦的釷基熔鹽原型堆和100兆瓦的示范堆。