能源是人类从事各类社会经济生产活动的动力，世界能源专家一致认为，当今世界，仅核能是唯一商业化且能够实现大规模生产的新能源。

核电站，将逐步替代那些冒着黑烟的火力电站，聚变能、裂变能、太阳能三种核能的储备之大，可谓是取之不尽用之不竭，未来，将是核能的世界。

而关于这方面，中国的科研再次获得突破，于是美日等国自然是抛来了橄榄枝，但是中国方面表示：不卖！

“与核同行”：一半天使，一半魔鬼

当今世界上，核电站最多的国家当属俄罗斯、美国、法国和中国。第二次世界大战后，核能实现“和平利用”，其颇受生产发电的青睐——1吨铀裂变所生产的能量相当于万吨标准煤。

美国作为世界第一核大国，其运行的核电机组占世界核电装机容量的29%，核能发电为美国至少提供了了20%的电力，欧洲现运行的核反应堆承担了欧洲总发电量的35%。

亚洲国家中，日本、韩国也在积极发展核能，韩国的核电发电量占全国发电量的40%，日本能源经济研究所则放言，日本的核能发电在一次能源中的份额将从年的11%，至年上升到20%。

作为一种高度浓缩的能源，因核燃料的能量密度较之化石燃料高出了上百万倍不止，故而核电厂从运行维护费用、基建投资建设费用、燃料费都少于传统发电站。

自然，这个“少”是立足于整个发电在役周期而言的，因为核能发电在世界范围内仍然属于一种尖端新兴技术，因此，在核电站运行初期，核燃料的生产过程繁复、基建投资费用高昂。

现如今，随着核能发电技术愈加成熟，核电站的前期运行成本大大下降，费用大头主要集中与核电站退役处理费用一块。

核电站的主要任务即将原子核裂变释放的核能转化为电能，现今技术十分成熟且确保安全无虞地投入商业生产的核电站反应堆主要有：重水堆、压水堆、沸水堆和其他堆。

反应堆产的核能将使得堆芯发热温度升高，高压、高温的冷却水将在主泵的驱动下流入堆芯，随即将堆芯种的热量带给蒸汽发生器。

此时还不算完，蒸汽发生器再度将热量传递给二回路循环系统的给水，给水将在持续加热种化为高压蒸汽，通水水吸收热能，转化为水的内能，将水转化为水蒸气，推动汽轮机做功转化为汽轮机的机械能，实现放热之后的冷却水将再度流回堆芯。

这一过程就是所谓的“闭式结构”，循环密闭的回路都被集中安装在安全壳内，双重保障运行安全。

其次，核能发电建造核电站发电的回路为闭式系统，无二氧化碳、二氧化硫排放，较之以往大型火力发电站每年排放约15万吨至20万吨的有害气体，核能发电可以大大减少火力发电造成的大气污染，因此，科学家定义核能为“清洁能源”。

再次，核能？会不会很危险，像原子弹一样易燃易爆炸？

核电厂核反应堆全部采用易裂变物质作为燃料，易裂变燃料均匀分布在反应堆内部，而反应堆犹如一只不倒翁——当核能释放速率过快时，裂变反应会自然终止；当外界破坏了反应堆平衡时，反应堆也会自行回到原来的状态，自动停对，绝无爆炸一说。

因此，无论是外敌恶意破坏，还是突发洪水、雷击、地震等不可抗力灾害，抑或是重大交通事故、核电厂附件风机坠毁、堤坝坍塌等突发严重事故，反应堆都会自动安全停闭，以保证绝对安全。

按照现今主要投入商业运作的核反应堆堆型分类，主流的核电站分为两大类——压水堆和沸水堆。

两者的区别在于，沸水堆是直接使用与堆芯接触的，带有放射性的一回路水推动汽轮机做功发电，而压水堆较之沸水堆则增设了一个二回路，即一回路中带放射性的水，在密闭管道中用以加热二回路水，二回路水形成的蒸汽将推动汽轮机做功，最终助力发电。

所谓一回路，即在核反应堆中，利用处于高温、高压状态之下的水，将堆芯热量带出，通过热交换或做功释放热量之后，一次循环回到堆芯的密闭内循环回路；

至于二回路，则专门指压水堆设计用于一回路通过热交换以后，获得热量，加热生成热蒸汽，推动汽轮机做功完成一次发电后，再次冷凝循环的密闭内循环回路。

通俗来说，沸水堆的能量转化率和热效率更高，因为其采用一回路设计，减少一次热交换的同时，也减少了一次热量损失，但它的缺点也显而易见，因为使用带放射性的一回路水推动汽轮机做功，所以极易引起放射性水泄露。

而压水堆虽然多一次热交换，增加了一次能量损失，但是能够确保推动汽轮机做工的二回路水蒸气不带有放射性，而压水堆至今未能得到广泛普及的原因在于其设备技术要求更高，造价不菲。

然而，世上本没有完美的技术，科学探索的道路永无止境，核能发电若是当真毫无弊病，为何还会有国家严令禁止核能发电，为何核能发电在大国发电总量中占比仍只在30%上下徘徊？建设维护成本昂贵？

贵，严格意义上并不能算核能发电的缺点。

尽管核电站在发电运作过程中不直接产生二氧化碳、二氧化硫、粉尘等有害气体，但其产生的放射性废物，一直是其为国际社会所诟病之处。

核电站在核反应过程中，会产生一定的活化产物和放射性裂变物质，这些放射性物质，一部分作为放射性流出物污染当地水体放射性水平，影响周边淡水资源，这就是人们深痛恶绝的核废水。

“拥核电派”的人士常常报以乐观的心态谈论核废料——“只要能确保安全处理，核废料对环境的影响很小……只要有严格的监督管控，周边居民的辐射剂量业远远小于来自天然辐射的1%。”诸如此类。

核电站正常运作时，依旧会产生中低放射性核废水和高放射性核废水，中低放射性核废水常常采用物理吸附、化学沉淀、离子交换等方法来降低放射性；

高放射性核废水因其中包括乏燃料处理废水、放射性物质等有害物质分离过程中产生的废水，现今依旧没有一个堪称一劳永逸的处理办法。

对于高放射性核废水，核电站一般采取加热蒸发水分，留取放射性浓缩物质，随后贮存放至特定水泥容器，再深埋至米以上的特定贮存点进行封存处理，对高放射性核废料进行长期监督管控。

一时间，“核能是不是清洁能源？”一问引发激烈讨论，一面，支持核能的人士表示，清洁能源只能实现相对清洁，核能较之以往烟熏火燎式的发电方式的确更为清洁。

另一面，反对核能的人士则抗争，核能产生的高放射性核废料之于其“清洁能源”一说绝不成立，核能只是人类从“刀耕火种”至“绿色清洁”的过渡阶段。

能否一日，高放射性核废料的问题得以解决，核能跻身真正的清洁能源之列？

“核无葬身之地”：一探日本核废料处理

年3月11日，日本福岛核电站因9.0级强地震引发海啸，在地震和海啸的双重冲击之下，福岛核电站发生重大核泄漏事故，事故致使16万人被迫撤离，人类历史上最严重的海洋污染事件爆发。

此前，福岛核电站被称为“世界最大核电站”，日本身为核电装机容量全球第三的核电大国，一直以高速发展的核能产业为傲，福岛第一核电站核泄漏事故，意味着日本的核电安全神话破灭。

福岛核电站在此次事故中1号至3号机组堆芯熔毁，共有4个反应堆受损，这4个反应堆，总建造时长为10年，斥资22亿美元，现如今，收拾清理福岛核电站事故的残存核污染，却至少要耗费30年，初步预算亿美元。

事故发生之前，日本国内营运的商业核电机组为54台，占日本核电总发电的30%，事故爆发之后，于年年度跌落至10.7%。事故爆发后的第一时间，福岛第一核电站的运营方东京电力公司向1号至3号机组安全壳内注水以冷却堆芯回收废水。

此后，日本强化了核灾害防止体制和措施，建立深层防护机制，以求增强日本核电站的抗灾能力，并开启真正的“零核电”时代，年度，核电设备利用率彻底低至0%，日本进入了漫长的治理、清洁阶段。

年岁一晃，已是年3月，彼时日本核电站内因为雨水和地下水的注入，已经累计产生了万吨核废水，同时，核废水还以每天吨的速度增加着。这个数字乍一看不显惊奇，但实际上，上百万吨核废水在地壳活跃的地带长期储存，面临着巨大的泄露风险。

最令人揪心的是，因为现今日本储存核废水的存罐容量上限为万吨，日本称这些储水罐在年秋将被全部装满，且再无更多空地建设储水罐——这自然是日本政府的说辞，细细思忖，日本为何不在核电站外再增设储水罐？

日本又有一套回应；诸君所提的这一点建议，自然是考虑过的，但是这需要大量的时间同地方政府协调，更遑论远距离运输核废水所需的时间、成本和技术。意思是，不是不可为，只是不划算。

年2月，日本福岛附近海域发生7.3级地震，一时间，福岛第一核电站53个储水罐发生错位，错位幅度在3至19厘米之间。

福岛第一核电站的核废水同核电站正常运行而产生的含氚废水不同，这些核废水大多直接接触国堆芯熔毁的核燃料，内含大量锶、铯、氚等多种放射性物质，其中，大部分放射性物质都可以通过多核素去除设备过滤掉，唯独氚难以去除。

多核素去除设备是福岛核泄漏事故发生之后，东京电力株式会社在拟原有废水处理系统上增设的降浓过滤设备。

多核素去除设备对废水进行除Cs和脱盐处理，随后再加入碳酸盐和铁盐，分两步进行共沉淀预处理，碳酸盐共沉淀可以去除Ca、Mg等吸附竞争核素，铁盐共沉淀可去除α核素、54Mn、60Co等物质。

然而，因为多核素去除设备无法去除废水中的氚，故而原子力规制厅早在年就严厉反对了东京电力株式会社将经过多核素去除设备处理后的废水排入海洋的设想。

年，日本再度重提排放核废水入海洋的提议，日本内阁会议决定，东京电力株式会社可以排放核废水入海洋，但水中氚物质，将被稀释到每升水中氚活度6万贝克勒尔的四十分之一以下的核电站废水氚排放国家标准。

在日本鞠躬抹泪之前，需要明确几个问题：

第一，日本核废水当真只有入海这一条道路了吗？第二，日本的多核素去除设备当真能够达到预期排放国家标准吗？如若不能，该如何是好？

在此之前，许多专家表明，福岛核废水并非只有入海这一处理方式。除却核污染领域多位大拿的好心提议，日本本政府业提出过不下四种解决方案。

第一，采用核废水水蒸气排入大气的策略，但因为将会对日本本国环境造成重大影响，故而被喊停；

第二，电解处理核废水，该方案成本高昂，一直未能实施；

第三，将核废水排入地底最深处，这一方案因对别国影响较小，在日本的呼声极高，但同样因为成本问题，被无声冷置；

第四，即将核废水固态化，随即置于地下掩埋，该方案在美国已经得到了采用，但该方案的实施成本最高。

第五种方案，正是日本政府所谓的“迫不得已的路”，将二次处理过的核废水排入海洋，其缺点十分显著，即污染海洋资源，祸及全球，技术实施难度并不低，但该方案的优点也格外动人——省钱省事。

日本政府此举引来了本国人民和世界人民的联合声讨，根据《乏燃料管理安全放射性废物安全联合公约》和《核安全公约》，一国造成的污染需自行承担后果，其中包括贮存、管理和处置核废料的费用，监管核废料的责任。

日本政府将核废水排入海洋，及将本该自行承担的责任转嫁给全人类，这是极不负责的行为。

其次，日本核废水最终真能达到其所谓的“每升水中氚活度6万贝克勒尔的四十分之一以下”？

根据日本经济产业省数据，截至年6月，福岛第一核电站核废水中氚总活度依旧在万亿贝克勒尔上下，即平均每升水中氚活度73万贝克勒尔，距离日本所承诺的标准还有很长一段距离。

净化神器：“ADS嬗变系统零功率装置”

福岛核废水的难题并非只存在于日本，美国、法国、英国都不同程度地存在核废料处置难的困境，长寿命核废料的最终归宿依旧是一个难解之疑。一个MW轻水反应堆每年将产生20吨至30吨乏燃料，其中含有1%wt是钚和次锕系核素。

现如今，分离嬗变是回收、处理次锕系核素较为可靠的一个路径，然而，现今嬗变次锕系核素需要将其与燃料一体化制备成含有次锕系核素的嬗变燃料，这种燃料受到次锕系核素释热、物理化学性质、放射性剂量的影响，设计难度极大。

与此同时，铅铋冷却剂因为优异的安全物性和硬中子谱，成为了ADS嬗变系统的重要选择方案。

该方案除却需要传统意义上的高热导率、高固相线温度、高熔点等性能要求之外，还要求燃料同液态铅铋合金化学相容性较好。

至于ADS系统？这位赫赫有名的老将正是上世纪核科学技术发展中两大工程——反应堆和加速器的“双剑合璧式”。该系统被认为是最有效的核废料处置技术方案，能够最大限度减小核废料的体积，将长寿命高放核废料嬗变位短寿命核废料。

一个经过优化设计的ADS系统的支持比可达到10倍左右，也就是说，一个加强版的80万千瓦的ADS系统，足以嬗变10个左右百万千瓦规模的压水堆核电站所产生的长寿命放射性废料。

这么优秀的系统，日本没有考虑发展一下？

事实上，早在年日本就启动了最终处理核废料的OMEGA计划，在这项计划中，ADS被证实是嬗变次锕系核素的最佳选择，因此，日本开启了攻克该技术的漫漫长路。

9年，日本原子能机构与高能加速器研究机构两大机构联合建造了强流质子加速器装置，该装置能够进一步将直线加速器的能量提高到MeV，支持进一步开展ADS中子学研究等。

除却日本，美国、俄罗斯、欧盟多国更核能科技发达国家都制定了ADS长中期发展计划，力图最先摘得科研桂冠。

早在10年前，中国就获得了以启明星1#堆芯快热耦合区对次锕系核素和长寿命裂变产物中主要核素的嬗变反应率和不同能量外源中子对嬗变样品速率的影响规律。

实验发现，启明星1#装置对Cs善变速度是其本身自然衰变速度的10倍，即启明星1#具有一定的嬗变能力，该实验对中国ADS系统发展具有重要意义。

年，外国首座铅基核反应堆零功率装置启明星二号首次实现临界，该技术象征着中国在铅基重金属冷却快中子反应堆的创新研发方面取得了关键性突破，也标志着，

中国在核反应堆新一代零功率装置研发领域跻身国际先进行列。

年，中科院重大科技任务局组织专家对A类战略性先导科技专项“ADS嬗变系统”零功率装置——启明星2号，进行了现场测试。何谓“零功率”？零功率装置即运行功率在千分之一瓦至几十瓦之间的研究试验反应堆，其作用在于获取新的数据，助力反应堆研究。

当今世界观各国的零功率装置占研究堆比例超30%，欧盟甚至设立了以CarloRubbia——诺贝尔物理学获得者为首的7国16人顾问组。其中，MUSE计划将给予法国大型快中子零功率实验装置进行ADS中子学研究。

令国际社会震惊不已的是，中国从上世纪90年代爱开始开展ADS概念研究，较之美、日。欧盟诸国，起步较晚，但在短短二十余年的发展下，中国科研人员就将中国ADS研究冲向了国际先进水平。

启明星二号作为一种国产的双堆芯多功能临界装置，其水堆堆芯可利用添加原件或改变调节棒帮位的方式，实现临界，开展包括调节棒价值测量、燃料元件价值测量、散裂靶样品反应性价值测量等多种内容。

现如今，水堆堆芯已经完成了同心圆栅格排布方案到方形栅格排布方案的过渡，同时在方形栅格的排布方案上成功实现临界。

至于双堆芯之二的铅堆堆芯，则可利用添加元件或改变调节棒棒位的方式达到临界。在其上可开展的临界实验包括调节棒价值测量、燃料元件价值测量、结构材料样品和中子吸收体样品反应性价值测量等实验内容。

可见，启明星2号独特的设计，将使得它在运行时几乎不产生合肥里哦啊，同时，它还可以将本身不具备放射性的物质转化为具有放射性的物质，充当核燃料，实现燃料的自产自用。该技术无论是在亚洲，还是世界都处于全球顶尖领先水准。

对此，美国、日本更是多次放话，希望中国公开更多的技术细节，美国更是大言不惭地让中国开放核心技术，美名其曰“造福全人类”。试问，美国又为何不公开本国ADS研究进度和核心技术？想来，总不会是因为拒绝“造福世界”吧？

欧盟多位核电领域专家表示，以启明星2号为代表的中国ADS嬗变系统零功率装置若是能够成熟发展，不久的未来，将有望彻彻底底地解决核废料污染问题。

0年，由中国广核集团和中国核工业集团公司研发的三代压水堆核电创新成果——华龙一号”世界首堆中核集团福清核电5号机组首次并网成功。

年1月，继19年实现了30千瓦连续波质子束功率大于小时稳定运行这一关键性成果后，2月，中国科学院近代物理研究所表示：

该所独立研制的ADS超导直线加速器样机在国际上首次实现了束流强度10毫安连续波质子束千瓦运行指标，且该10毫安束流运行稳定。

中国科学院近代物理研究所的ADS超导直线加速器样机的连续波束流强度和功率都远远超过了国际同类装置。这一阶段性成果，为中国未来在国际上领先建设ADS商用装置与加速器驱动先进核裂变能装置打响第一炮。

年3月，华龙一号全球第4台机组——巴基斯坦卡拉奇核电工程3号机组首次并网成功，作为中国核电的国家名片，华龙一号具备批量化建设能力，满足国际最高安全标准，每台机组建成后预计将满足巴基斯坦当地超万户家庭全年用电需求。

科研永无止境，中国在引领ADS嬗变系统零功率装置的同时，对核心技术的保护和推进也将齐驱并驾，美日等核电技术发达国家到底是想损害我国既有科技成果，还是诚心合作，自有分辨，核废料的治理和处置办法，是一条漫长而艰涩的道路。

参考文献：

《福岛核废水三问》；《新华每日电讯》；年4月14日

《核能发电的特点及前景预测》；《电力科技与环保》；年05期

《启明星Ⅱ号零功率装置铅堆堆芯首次物理启动》；《原子能科学技术》；年04期

标题来源：《中国核废料处理技术取得新进展，启明星二号有多厉害?》；《中国核电网》；年-8-27