杜祥琬：核能的今天和明天

約一個(gè)世紀(jì)以前,人類正處在核科學(xué)發(fā)現(xiàn)的蓬勃期。至20世紀(jì)30年代末,人們不僅對原子核的結(jié)構(gòu)有了比較清晰的認(rèn)識,而且結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核裂變、核聚變……等一系列原創(chuàng)性的新概念相繼出現(xiàn),E=mc2成了物理學(xué)史上最簡單卻最震撼的公式,奠定了原子能理論的基礎(chǔ),為人類開創(chuàng)了一個(gè)非常廣闊的應(yīng)用前景。核科學(xué)體系的建立是20世紀(jì)人類最重大的科學(xué)成就之一,是科學(xué)技術(shù)史上的輝煌篇章,對世界文明進(jìn)程帶來了多方面、深刻而長遠(yuǎn)的、戰(zhàn)略性的影響。

由于特殊歷史的原因,核能被首先用于軍事領(lǐng)域。20世紀(jì)40年代以來,原子彈、氫彈、核試驗(yàn)、核導(dǎo)彈、核潛艇等陸續(xù)成了現(xiàn)實(shí),人們在認(rèn)識到核能空前巨大的同時(shí),也認(rèn)識了它巨大的破壞殺傷力,接著又出現(xiàn)了“核軍控”“核禁試”“核裁軍”“防止核擴(kuò)散”等概念,給全球的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科技乃至文化帶來了多方面的重大影響。中國在不得不掌握了核武器技術(shù)之初,就明確宣布了“全面禁止和徹底銷毀核武器”的戰(zhàn)略目標(biāo),發(fā)出了建立無核武世界的鄭重呼吁。可以說,中國核事業(yè)的初心就是為了人類的和平。時(shí)至今日,國際形勢和人類的覺悟水平,都離實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)尚遠(yuǎn)。我們也不得不努力保持核武器的高水平、可靠性和有效性,以確?！巴赜行А?。

理智的人類認(rèn)識到,核能應(yīng)該用來為人類造福。從20世紀(jì)中葉,就開始大力發(fā)展核電和多種核技術(shù)的和平應(yīng)用，已取得了十分顯著的成就,并成為核事業(yè)的主旋律。堅(jiān)定地發(fā)展核事業(yè),不僅是各國爭占科技優(yōu)勢制高點(diǎn)的大戰(zhàn)略,也是國家綜合國力的重要標(biāo)志之一。

核電是綠色、低碳、穩(wěn)定、高能量密度的能源,是非化石能源的重要組成部分,發(fā)展核能對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善大氣質(zhì)量、應(yīng)對氣候變化、建設(shè)生態(tài)文明等具有重要作用。目前,全球在運(yùn)核電機(jī)組共450 臺,分布在30多個(gè)國家和地區(qū),總裝機(jī)容量3.97億kW,2018年核電發(fā)電量2.72萬億kW·h,占總發(fā)電量的10.2%。

全球的能源(以2017年為例)消費(fèi)總量190億t標(biāo)煤,其中,石油占33.3%,煤炭占28.1%,天然氣占24.1%,非化石能源占14.5%(其中包括核電的4.5%),值得注意的是,天然氣和非化石能源(核電和可再生能源)的占比呈增長態(tài)勢。全球能源投資趨勢也正從煤炭逐步轉(zhuǎn)向非化石能源。2017年,全球可再生能源投資超出其他能源兩倍以上。

今后30年核電在全球的發(fā)展前景預(yù)測如下：

2030年2040年2050年IAEA(億kW)3.45～5.543.32～7.174.0～8.74IEA(億kW)4.68～5.865.16～7.20

到2040年將有一批核電機(jī)組達(dá)到壽期,設(shè)備更新?lián)Q代將是一個(gè)重要的工作。

我國大陸在運(yùn)核電機(jī)組45臺,裝機(jī)容量4 590萬kW,發(fā)電量占全國總發(fā)電量4.2%(2 944億kW·h/69 900億kW·h),比全球的占比顯著偏低。我國的核電在未來10～15年內(nèi),應(yīng)努力達(dá)到在電力中占比達(dá)10%,在一次能源結(jié)構(gòu)中占5%的目標(biāo)。我們需要高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。為此：

(1)核事業(yè)是國家核心利益之所在,堅(jiān)定的核戰(zhàn)略不可動(dòng)搖。核電發(fā)展要安全第一,同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性；

(2)加大核電全產(chǎn)業(yè)鏈條的科技創(chuàng)新,加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究,構(gòu)建核科技創(chuàng)新體系,推進(jìn)核電裝備、儀器、軟件等的自主化和高水平；

(3)加強(qiáng)組織化、制度化的公眾溝通,提升公眾對核能的信心。公眾是核事業(yè)的主人,而不只是科普的對象；公眾是核能、核技術(shù)的受益者,而不是風(fēng)險(xiǎn)的承擔(dān)者。社會的廣泛支持是最強(qiáng)核事業(yè)的基礎(chǔ),要努力營造核電可持續(xù)發(fā)展的良好氛圍和環(huán)境,打造核電事業(yè)利益共同體。

在發(fā)展核電的同時(shí),也要探索核能的多元化應(yīng)用：

(1)核能產(chǎn)品由傳統(tǒng)的大型商用核電站,逐步拓展為“大、中、小、微、特”多種型號；

(2)除發(fā)展核電外,要拓展核供熱、制氫、海水淡化等多種功能的全品類產(chǎn)品體系,滿足不同地區(qū)、不同群體的多樣化能源需求；

(3)發(fā)展航海核動(dòng)力：核潛艇、核航母等；

(4)發(fā)展深空核動(dòng)力,太陽系之外宇航的核動(dòng)力等；

(5)拓展在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、公安等領(lǐng)域的創(chuàng)新運(yùn)用。

未來核能發(fā)展的一個(gè)重要方向是非爆炸型的受控核聚變。經(jīng)過大半個(gè)世紀(jì)的努力,磁約束核聚變近年來取得新的進(jìn)展,在參加國際ITER項(xiàng)目合作的同時(shí),我們自建的聚變物理研究裝置也在扎實(shí)進(jìn)步之中。此外,聚變—裂變混合能源堆研究等創(chuàng)新項(xiàng)目也在推進(jìn)中。中國從事核聚變研究的專家認(rèn)為,2050年前后,完全有可能實(shí)現(xiàn)發(fā)電,“讓核聚變電站點(diǎn)燃的第一盞燈在中國亮起！”果能如此,不僅是能源革命的歷史性事件,也將對人類的未來可持續(xù)發(fā)展發(fā)生深遠(yuǎn)的影響。

本質(zhì)上,核事業(yè)是以人為本的美麗事業(yè),它是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物,是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志,也將是人類共享的財(cái)富。中國的核能事業(yè)將在更堅(jiān)實(shí)的科技基礎(chǔ)、制度基礎(chǔ)、文化基礎(chǔ)和社會基礎(chǔ)之上走向未來,中國人有智慧創(chuàng)造安全高效核能發(fā)展的中國道路,并將為人類明天作出持續(xù)性和更大的貢獻(xiàn)。