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。

         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]，27000 GWe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出热能的30-40%。乏燃料卸出后，绝大多数现场冷却、储存，用增殖钚运行的反应堆很少。自然界钍是铀资源的三至五倍，但只有印度计划大规模用于核电。中国某些地方钍资源呈尾料、矿渣形态，严重污染着周边环境[5]。

        2. 近期发展核电, 轻水堆是“唯一选择”

        美国“智库”MIT（麻省理工学院）在核能上是个“中间”偏右的多学科研究机构，早在美国能源部发起研发“第四代”核能系统的初期(2003年) 就在其综合报告“核能的未来”中明确表态，“在今后50年内，满足经济、安全、废物管理以及防止核扩散方面最好的选择是开环、一次通过燃料循环”。而且说 “在全球核电装机容量逐渐增长的情景下(如2050年达到1000GWe)，有足够的铀资源可以合理的成本支持这个选择”[6]。MIT物理学教授欧内斯特•莫尼斯(曾任能源部副部长)甚至断言，“未来几十年内，轻水堆(LWR)将是唯一选择”[7]。

         所谓“开环”或“一次通过”核燃料循环，就是天然铀或浓缩铀燃料在反应堆内“燃烧”一次，出堆后经冷却、包装后放入地质处置场永存。的确，目前世界在建与计划建造的核电机组，轻水堆占绝对优势,但对MIT“有足够铀资源”的乐观，认识并不一致。1GWe的轻水堆机组60年运行寿期约需要1万吨天然铀，如电厂业主按40%的燃料准备，现有的资源就很紧张。而且，要考虑世界日益紧张的能源供应现实引发的变化。

         传统石油衰退即将来临，天然气的峰值也只是10年后的事件，而且比全球变暖的长远危机更加严重。两组事件推动快速发展与部署低碳基能源系统。可再生能源的最大限值是能源需求的20%，而且只适合人口分散的农村和边远地区。除了化石燃料之外，世界能源供应只能依靠核能[8]。

        1980年以来，石油消耗超过新发现，与2010-2015年石油峰的预计一致

        近期发展核电，中国走在世界前列，为某些国家效法和羡慕。有个美国人在网上写道，中国要建造那么多的核电而美国的议员们却无动于衷，“恨不得搬起椅子把他们砸醒”。

        当前的事实是美国政府、特别是奥巴马政府基本上接受MIT的观点。尽管突出节能和发展可再生能源，甚至花巨资投入碳捕获与扣押技术，但有可能发现其它措施作用有限(可再生能源)或不现实(碳捕获与扣押技术)之后，转而接受共和党的提案，建造更多的核电。就在最近，奥巴马批准了“全美近30年来第一个核反应堆建设提供85亿美元的贷款担保”，而且“还要求国会将预算中与核能产业相关的贷款担保金额从185亿美元提高到540亿美元”。日本经济产业省最近制定的能源基本计划草案，“以确保安全为前提，重点发展以核电为主的低碳电源，到2030年至少增加14座核电站，核电站利用率从现在的60％提高到 90％”。

        这是个重要信号。说明西方世界尽管对核电仍然有点神经过敏，但有可能发生“急转弯”。加上其它国家，包括印度、俄罗斯和其它国家庞大的发展计划，对世界铀资源可能出现短缺，不能掉以轻心。

                                                                                     正在北海下每天2700吨/天扣押CO2，占美国煤炭发射～0,03%

           “热堆”取得这样的成就，得到这么多的重视与考虑，有现在的辉煌，而且还要“坚持若干年”，实在出乎核能先驱们的“意外”。因为在他们看来，热堆的“优势”实在可怜（中子经济极差，热效率太低），发展热堆只是“权宜之计”。“采用目前的反应堆，只利用1％左右的天然铀”，“核能可能注定要消亡”。早就应该通过“闭 (路循)环”，过渡到更先进的“增殖”堆了！只要“闭环”的增殖堆实验成功并大规模部署，核燃料资源不存在“任何问题”。

3. 核燃料“闭环”—核科学家的“伊甸园”

早在核能发展初期，核科学先驱们就清醒地认识到：天然铀资源有限，靠消耗其中0.71%铀-235的热堆，核能毫无希望。核裂变产生的长寿命、高毒性核素和裂变产物，经分离、嬗变成为短寿命或稳定的核素，才能得到社会公众的接受。为此，必须建造 “快堆”，把“可转换的”铀-238转化为“易裂变的”钚-239，在堆内多次循环，实现燃料“闭环”增殖，提取核燃料潜藏的全部量。同时利用多余的中子与长寿命、高毒性核素和裂变产物反应，“嬗变”或分裂成为短寿命或稳定的核素。某些难以嬗变的裂变产物，提取出来单独处理，做成“放射源”、医用同位素和微型电源等，变废为宝。建造永久性“处置场”，使少量残留长寿命的、经济上不值得回收的废物与生物圈保持“隔离”，保护环境和周围居民的健康。