發(fā)展核能是未來大勢所趨

《中國核電》：核數(shù)據(jù)研究是全球核工作者面臨的共同課題，對于世界核能未來發(fā)展有著重要的意義和作用，您能對核數(shù)據(jù)的概念做個簡單科普嗎？

葉奇蓁：簡單的說，核數(shù)據(jù)是指核反應(yīng)過程中產(chǎn)生的相關(guān)物理數(shù)據(jù)。包括裂變產(chǎn)額、激發(fā)函數(shù)、衰變數(shù)據(jù)、次級中子雙微分截面和微分截面、伽瑪產(chǎn)生截面、裂變截面、(n,x)反應(yīng)截面、積分數(shù)據(jù)及原子分子數(shù)據(jù)等。核科學研究、核設(shè)施建設(shè)以及核技術(shù)應(yīng)用都離不開核數(shù)據(jù)。核數(shù)據(jù)精度與可靠性直接關(guān)系著各種與核相關(guān)的裝置和產(chǎn)品的有效性、安全性和經(jīng)濟性。

作為核科學技術(shù)與原子能開發(fā)利用的基礎(chǔ)，核數(shù)據(jù)一方面廣泛應(yīng)用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)、天體物理研究，對探索宇宙奧秘有著重要意義，另一方面也廣泛應(yīng)用于反應(yīng)堆設(shè)計、核燃料循環(huán)、同位素生產(chǎn)等領(lǐng)域，對促進經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮著重要作用。因此開展核數(shù)據(jù)研究意義重大。

《中國核電》：之所以要做核數(shù)據(jù)研究，也是世界范圍內(nèi)能源需求的發(fā)展趨勢決定的，您能否對核能在未來人類能源需求的重要性先做一下介紹？

葉奇蓁：自人類誕生之日起，地球的資源就被人類大量開發(fā)利用，隨著人類文明的高度發(fā)展，人類對能源的需求一直在高速增長，人類自身繁榮發(fā)展與地球資源及環(huán)境保護的矛盾也越來越突出。但能源需求在未來繼續(xù)保持長期的增長是無法避免的，并且主要是電力需求。在這種態(tài)勢下，為了盡量減少資源破壞和環(huán)境污染，今后幾十年內(nèi)世界能源結(jié)構(gòu)也將發(fā)生重大變化，進入油、氣、煤、可再生能源、核能五方能源結(jié)構(gòu)多元化格局，其中，核能在緩解人類發(fā)展和保護地球的矛盾上又扮演著重要角色。

為什么這么說呢，這是核能的自然屬性決定的，核能作為人類歷史上的一項偉大發(fā)現(xiàn)，是人類最具希望的未來能源之一，核能既能夠提供大量電力，同時又具有消耗資源少、每千瓦發(fā)電量排放的溫室氣體少、土地占用量相對較低等優(yōu)勢，在資源使用和環(huán)境保護上，核電更具備其他能源沒有的很多優(yōu)勢，不像使用化石燃料的能源一樣會排放大量的空氣污染物、固體納米或微粒子。核電站及核燃料循環(huán)設(shè)施在其全生命周期活動中每年排放的二氧化碳僅為煤炭鏈的1%，也低于太陽能和風能鏈。目前，人類活動導(dǎo)致的氣候變化已經(jīng)成為人類面臨的最困難的挑戰(zhàn)之一，空氣污染已成為許多國家的嚴峻問題，核電幾乎無排放的特性是一項至關(guān)重要的優(yōu)勢。在全球變暖的背景下，這一特點使其成為獨特的電力來源。

另外，核電需要的土地面積相對較少，占用資源較低。核能生產(chǎn)也具有足夠的靈活性，可用于補償大部分間歇性可再生能源。這已經(jīng)足夠體現(xiàn)核能的獨特優(yōu)勢。

當前嚴峻的全球氣候變化趨勢，已經(jīng)讓全世界20多個國家不得不聯(lián)合簽署《巴黎氣候變化協(xié)定》并共同做出脫碳承諾，這也使得核能發(fā)展成為未來的趨勢。中國于2016年9月3日加入《巴黎氣候變化協(xié)定》，成為第23個完成批準協(xié)定的締約方。根據(jù)《巴黎氣候變化協(xié)定》，各締約方承諾，在工業(yè)化前水平上，要把全球平均氣溫升幅控制在2 ℃以內(nèi)，并提出努力將氣溫升幅限制在1.5 ℃以內(nèi)的目標。核能作為一種安全、清潔的低碳能源，是各國實現(xiàn)氣候目標以及可持續(xù)發(fā)展的重要因素。可以毫不夸張地說，核能是解決環(huán)境變化問題的最有效的方法之一，是能源過渡中最適當?shù)哪茉粗?，沒有核能，很難實現(xiàn)溫室氣體減排的目標。

目前，全球16個國家在很大程度上依賴于核電，其核電占比超過本國電力供給的1/5。在歐洲，29個國家(歐盟27國+英國+瑞士)中有15個國家擁有核電，共有132個核電機組，占總發(fā)電量的27%，貢獻一半的低碳電源。中國的核電發(fā)展也非常迅速，計劃到2020年核電裝機容量達到在運58 GW，在建30 GW，規(guī)模居全球第一，作為綠色能源的支柱，核電是中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重大戰(zhàn)略選擇。由此可見，核能已成為大勢所趨。

《中國核電》：核能可持續(xù)發(fā)展如此重要，也難怪核數(shù)據(jù)研究也變得如此關(guān)鍵。在具體介紹核數(shù)據(jù)之前，能否對核能可持續(xù)發(fā)展的一些前提和保障做一下說明？

葉奇蓁：首先，環(huán)境保護的要求客觀上促進了核能可持續(xù)發(fā)展。但環(huán)保對核能可持續(xù)發(fā)展提出的要求是多方面的，這個問題比較復(fù)雜，我簡單歸納為以下三點：一是可持續(xù)的核能必須是安全的、有經(jīng)濟競爭力的，并且對環(huán)境是友好的；二是在實際操作中需要審查核電站的環(huán)境影響，并同時考慮核電站和核燃料循環(huán)設(shè)施的運行；三是需要仔細審查定期從反應(yīng)堆排放的乏燃料的管理、貯存，可能的后處理和放射性廢物的最終處置。

另外，核能利用可能對環(huán)境所造成的不利影響也需要進行評估。正常條件下，核能對環(huán)境的影響是有據(jù)可查的，而且環(huán)境中放射性核素濃度是很容易測量的，此類設(shè)施可以進行獨立監(jiān)控。這方面我也可以負責任地說，在正常運行條件下，核電站的放射性影響是微乎其微的，或者說是非常有限的，過去人們?yōu)槭裁凑労松?，還是需要科普，讓人們消除一些誤解，凡事皆有利弊，只要認識的深入了，就能做出正確選擇。

即便如此，全球在核能發(fā)展尤其是安全和環(huán)境上的態(tài)度還是慎之又慎，相關(guān)研究也一直沒有停過。2017年，中國工程院、法國國家技術(shù)院、法國科學院開展合作項目，在IAEA大會聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于核能未來的聯(lián)合建議》，介紹了核能發(fā)展進程，分析了核能在安全性上面臨的挑戰(zhàn)，并提出了一些可能的解決措施。2018年，中法兩國三院啟動二期項目，圍繞《核能與環(huán)境》主題共同開展了頂層戰(zhàn)略研究。二期報告更具體地討論了核能循環(huán)對環(huán)境的影響，以響應(yīng)社會對所有人類活動應(yīng)考慮環(huán)境問題的強烈期望。因為歷史上客觀發(fā)生過的一些核安全事件原因，公眾對核電存在長期擔憂，本次報告作出了比較積極的響應(yīng)和解答。

二期報告更具體地討論了從鈾礦開采到放射性廢物處理的整個流程中，核能對環(huán)境的影響問題，尤其就核電相關(guān)四大環(huán)境問題展開聚焦。其一是核設(shè)施正常運行時放射性釋放的評估和控制；其二是存在長期放射性釋放的乏燃料和核廢物的管理；其三是嚴重核事故及其放射性釋放的管理，其四是加強核安全，限制核能對環(huán)的負面影響，從而有助于公眾接受核能。

基于安全分析和環(huán)境影響評估，二期報告還對核設(shè)施允許排放所致人的劑量水平進行了量化規(guī)定，要求必須低于法規(guī)允許值。并且規(guī)定，國家法規(guī)至少要與IAEA的要求相一致。法規(guī)越來越嚴格的好處是顯而易見的，流出物排放限值越來越低，使得去污處理技術(shù)持續(xù)進步，這將有利于核能可持續(xù)發(fā)展。

對于人們比較擔心的現(xiàn)實核電站安全水平，也有專門課題研究執(zhí)行并完成。研究表明，對嚴重事故的全面保護和緩解措施，提高了第三代反應(yīng)堆的安全水平，第三代反應(yīng)堆配備了先進的大型安全殼，能夠抵御外部危害并保持完整性，從而避免放射物釋放至周圍環(huán)境；在實際運行中，經(jīng)驗反饋推動了現(xiàn)有核電廠升級和新反應(yīng)堆設(shè)計改進，以及由核電廠運營商實施的安全指南改進，大大降低了核事故發(fā)生的可能性。

但三院的研究工作又繼續(xù)深入，評估了從鈾礦開采到放射性廢物處理的全過程中，正常或事故情況下對全球和當?shù)氐亩唐诤烷L期環(huán)境影響，其中還考慮了對人類和生態(tài)系統(tǒng)的影響。通過總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，總結(jié)可持續(xù)地改善環(huán)境保護已采取或可能采取的各種行動方案等，對這個角度的環(huán)境安全作出了解答。

最終我們得出的結(jié)論是，第三代核電站及其相關(guān)設(shè)施，以及未來第四代核電站將可能減少環(huán)境影響。要盡最大努力開發(fā)可靠、有成效的先進核能系統(tǒng)，這取決于開展設(shè)計和安全評估該類系統(tǒng)所需的高水平模擬能力，以及詮釋用于性能和安全評價的關(guān)鍵基準實驗的能力。其中，高質(zhì)量的核數(shù)據(jù)，特別是先進反應(yīng)堆和核燃料循環(huán)中描述核反應(yīng)的完整和準確信息，是上述模擬能力的必要組成部分，這也是核數(shù)據(jù)研究為什么重要的根本原因。

《中國核電》：如您所說，核數(shù)據(jù)是開發(fā)可靠、有成效的先進核能系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一個方面，這個意義是如何具體體現(xiàn)出來的呢？目前核數(shù)據(jù)研究在全球是怎樣一個現(xiàn)狀呢，核數(shù)據(jù)改進的必要性又體現(xiàn)在哪些方面？

葉奇蓁：核數(shù)據(jù)研究是隨著全球核能事業(yè)的不斷深入而凸顯其重要性的?？梢哉f核科學研究、核設(shè)施建設(shè)以及核技術(shù)應(yīng)用都離不開核數(shù)據(jù)。尤其隨著新一代核能系統(tǒng)，比如釷基熔巖堆、鈉冷快堆、高溫氣冷堆和加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能系統(tǒng)(ADS)和聚變裝置等新型研究項目在世界及我國范圍內(nèi)不斷開展和深入，核能界對核數(shù)據(jù)數(shù)量、質(zhì)量以及種類的需求也都提升到了新高度。

為什么這么說呢，因為核數(shù)據(jù)是核科學技術(shù)與原子能開發(fā)利用的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于天體物理研究、反應(yīng)堆設(shè)計、核燃料循環(huán)和同位素生產(chǎn)等領(lǐng)域，核數(shù)據(jù)精度與可靠性直接關(guān)系著各種與核相關(guān)的裝置與產(chǎn)品的有效性、安全性和經(jīng)濟性。如你所言，你也提到了核數(shù)據(jù)的改進，其實核數(shù)據(jù)研究和改進的目的一樣，主要益處在于能降低開發(fā)和操作核反應(yīng)堆的成本，基于精確的核數(shù)據(jù)，可在保證充分的安全標準的同時，以有成效的方式設(shè)計高效的核能系統(tǒng)。

正因為核數(shù)據(jù)在核事業(yè)發(fā)展中特殊而重要的地位，國際上不少國家都在做核數(shù)據(jù)研究。這個過程可以上溯到上世紀40年代，從那時開始，美國、蘇聯(lián)、歐盟以及國際原子能機構(gòu)核數(shù)據(jù)科先后于20世紀60年代成立了中子核數(shù)據(jù)中心，開展核數(shù)據(jù)評價和建庫工作。目前，歐盟的CANDIDE項目中已經(jīng)研究了核能可持續(xù)發(fā)展和廢物管理對核數(shù)據(jù)需求。我國自20世紀50年代開始核數(shù)據(jù)研究，并于1975年建立了國家核數(shù)據(jù)中心，核數(shù)據(jù)重點實驗室于2010年正式運行。經(jīng)過幾十年發(fā)展，我國目前已形成全國核數(shù)據(jù)工作協(xié)作網(wǎng)，期間完成了多期重大國家核數(shù)據(jù)研究任務(wù)，填補了核數(shù)據(jù)研究工作的多項空白，形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研究體系，目前已建成包含核數(shù)據(jù)測量、評價、建庫以及應(yīng)用檢驗的一整套研究平臺，形成了自己的評價核數(shù)據(jù)庫(CENDL)，該庫已成為國際公認的五大中子評價數(shù)據(jù)庫之一，中國核數(shù)據(jù)中心也已成為國際五大核數(shù)據(jù)中心之一。

鑒于核數(shù)據(jù)研究的重要性，更鑒于其中的核裂變數(shù)據(jù)在我國的研究還有不足，我國還于2018年2月啟動了核數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域自然科學基金項目，首個國家自然科學基金重大項目是“錒系核裂變數(shù)據(jù)關(guān)鍵科學問題研究”，圍繞裂變過程與裂變數(shù)據(jù)核心關(guān)鍵問題開展實驗測量、理論模型兩方面研究，為今后我國核數(shù)據(jù)測量在實驗平臺和方法方面提供重要支撐，為建立具有我國自主特色的裂變理論模型與計算系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，填補了我國在裂變核數(shù)據(jù)研究上的不足。那么裂變核數(shù)據(jù)又是怎么一回事呢？裂變核數(shù)據(jù)是描述核子與裂變核發(fā)生相互作用規(guī)律的重要表征，是壓水堆、快堆、高溫堆以及ADS等先進核能系統(tǒng)研發(fā)以及核裝置精密化研究的重要基礎(chǔ)。由于核裂變的復(fù)雜性，到目前為止，裂變?nèi)匀皇呛宋锢硌芯孔罹呋A(chǔ)性、前沿性的課題之一。國際上對核裂變數(shù)據(jù)基礎(chǔ)研究非常重視，投入了大量人力、物力，發(fā)展新一代中子源，并建立了大型、高精度的探測設(shè)備；國內(nèi)雖開展了一些裂變基礎(chǔ)實驗與模型理論研究，但相關(guān)實驗設(shè)備、理論水平、人才隊伍與國外仍存在差距，嚴重制約了我國裂變數(shù)據(jù)與裂變基礎(chǔ)研究水平的提升，因此迫切需要加強投入與研究。

再說說核數(shù)據(jù)改進的迫切性和必要性。核工業(yè)對當前的設(shè)計工具和核數(shù)據(jù)的信心主要是建立在成功設(shè)計和運行的熱譜二代核電站的基礎(chǔ)上，但這與當前提出的第四代核電站主要采用快中子堆，對核數(shù)據(jù)準確度的需求在中子能區(qū)、材料種類等維度與熱堆有很大的不同，我們必須充分意識到當前核數(shù)據(jù)庫的準確度尚不能滿足開發(fā)第四代核電站的需求，此外，對核安全要求的提高，也相應(yīng)地提高了對核設(shè)計和安全分析不確定度評估的要求。新一代核設(shè)計不確定度的分析要求更高，不僅需要基于新開發(fā)設(shè)計軟件及準確的核數(shù)據(jù)庫，還需要基于經(jīng)過科學評價的核數(shù)據(jù)不確定度，以上原因就是核數(shù)據(jù)改進的必要性之所在。總的來說，就是符合核能可持續(xù)發(fā)展的新型核能系統(tǒng)研發(fā)急盼核數(shù)據(jù)實現(xiàn)改進和“升級”。

全球核數(shù)據(jù)開發(fā)正有效促進核能可持續(xù)發(fā)展

《中國核電》：面對核能可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，核數(shù)據(jù)如此重要，那么全球范圍內(nèi)人們在核數(shù)據(jù)的研究、改進和開發(fā)方面又都做了哪些努力和實踐？

葉奇蓁：核能可持續(xù)發(fā)展既然是大勢所向，那么能讓其平穩(wěn)安全高效發(fā)展的核數(shù)據(jù)工作當然也得與時俱進。全世界的核能工作者們對此都開展了深入研究和實踐。例如歐盟的CANDIDE項目，其已經(jīng)對核能可持續(xù)發(fā)展和廢物管理對核數(shù)據(jù)的需求做了研究，該項目就核能可持續(xù)發(fā)展和核數(shù)據(jù)開發(fā)提出了一些結(jié)論和建議，值得我們共同借鑒。

CANDIDE項目認為，應(yīng)將提供現(xiàn)代化核數(shù)據(jù)評價作為一個長期承諾，同時確保改進的核數(shù)據(jù)庫能夠便捷地在核技術(shù)和設(shè)計中得到應(yīng)用，包括開發(fā)積分檢驗與靈敏度研究的系統(tǒng)途徑；還要求提供和支持有能力開展核探測的設(shè)施，鼓勵先進核反應(yīng)堆關(guān)注的關(guān)鍵核反應(yīng)的高水平測量；同時提供先進核模型開發(fā)能力，以優(yōu)先滿足在缺乏實驗設(shè)施或模型計算條件下具有更好性價比的需求；該項目還建議將核數(shù)據(jù)開發(fā)項目作為一個長期投資，這些說法都很可貴，值得我們反復(fù)揣摩和思考總結(jié)。

此外，美國2018年3月28日出版的《核數(shù)據(jù)路線圖和改進研討會文集》中提出的一些觀點也同樣值得我們借鑒，其中的部分觀點與CANDIDE項目的觀點相似，另外該文集還提出核數(shù)據(jù)研究和開發(fā)的四個實踐方向，第一，所有核數(shù)據(jù)工作要以建立數(shù)據(jù)庫并到達最終用戶為目標；第二，生產(chǎn)力開發(fā)和設(shè)備維護對于保障核數(shù)據(jù)長期改進非常重要；第三，新的核數(shù)據(jù)測量和評價工作應(yīng)集成到一個國家項目中；第四，正在開展的事業(yè)需要實驗室和大學的共同協(xié)作，最大化各家單位的力量。這四條總結(jié)對于核數(shù)據(jù)工作的開展也具有指導(dǎo)意義。

最新的第四代核電站相關(guān)核數(shù)據(jù)研發(fā)現(xiàn)狀又如何呢，首先，全球?qū)τ诘谒拇蜒邪l(fā)都有相同核數(shù)據(jù)需求，無論美國、歐洲還是中國，這一點是一樣的。共同的核數(shù)據(jù)需求又可以概括為以下四個方面：一是針對臨界和次臨界反應(yīng)堆，改進錒系和次錒系核素在快區(qū)和超熱能區(qū)的截面；二是高燃耗系統(tǒng)需要額外和準確度更好的核數(shù)據(jù)；三是改進結(jié)構(gòu)材料和冷卻劑的快中子區(qū)核數(shù)據(jù)，四是需要所有核素中子核反應(yīng)、裂變產(chǎn)額、伽瑪產(chǎn)生、伽瑪相互作用和裂變產(chǎn)物衰變性質(zhì)的更準確和完整的協(xié)方差數(shù)據(jù)?？梢哉f，全球?qū)λ拇蜒邪l(fā)的數(shù)據(jù)需求高度一致而又迫切。

我國未來要建成世界上規(guī)模最大的核能電站系統(tǒng)，因此針對第四代研發(fā)在核數(shù)據(jù)上的實踐探索也一直在緊鑼密鼓地進行。截至目前，我國取得了一些階段性的成就，呈現(xiàn)出六個方面的現(xiàn)狀特征，這里不妨簡單的做下介紹。

一是中國已經(jīng)旗幟鮮明地確定了發(fā)展基于快堆的核燃料閉式循環(huán)體系的政策；二是中國正在開展多種第四代核能系統(tǒng)候選核反應(yīng)堆的研發(fā)，其中的高溫氣冷堆示范工程預(yù)計明年在山東省建成；三是中國鈉冷示范快堆(CFR)的示范工程正在福建省開工建造，計劃2023年完成；四是中國還在開展釷基熔鹽堆的研究；五是中國的核能可持續(xù)發(fā)展與國際上面臨相同的核數(shù)據(jù)需求；最后一點就是中國正在開展并將繼續(xù)支持開展核數(shù)據(jù)研究，以此來支撐新型核反應(yīng)堆的研發(fā)?？梢哉f，一切都在既定方向上有條不紊地行進，假以時日，我相信我們的核數(shù)據(jù)實踐和探索一定會取得輝煌成就。

回過頭來總結(jié)今天我說的，無非就幾個方面：第一個方面，核能作為一種安全、清潔的低碳能源，是各國實現(xiàn)氣候目標以及支持可持續(xù)發(fā)展的重要要素。為應(yīng)對未來氣候環(huán)境挑戰(zhàn)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，人類對核能的需求必然日益增長，核能必須也一定能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這一點上，包括我國在內(nèi)的全球核能事業(yè)都取得了舉世矚目的成就。第二個方面，核能可持續(xù)發(fā)展需要核數(shù)據(jù)的可持續(xù)發(fā)展和支撐，核數(shù)據(jù)的開發(fā)是一項需要長期投資的任務(wù)，需要國際社會的共同努力。第三個方面，第三代核電站及其相關(guān)設(shè)施，以及未來的第四代核電站將可能減少環(huán)境影響，這有助于核能的可持續(xù)發(fā)展，但相關(guān)的核數(shù)據(jù)研究、改進與開發(fā)也必須與時俱進，跟上時代發(fā)展步伐，總結(jié)成一句話就是：核能持續(xù)發(fā)展與核數(shù)據(jù)開發(fā)密切相關(guān)，后者對于前者的促進和實現(xiàn)具有非常重要的作用和意義，無論如何，我們必須全力以赴，這樣才能共創(chuàng)核電發(fā)展美好未來。