杜祥琬：核能的今天和明天

约一个世纪以前,人类正处在核科学发现的蓬勃期。至20世纪30年代末,人们不仅对原子核的结构有了比较清晰的认识,而且结合能、质量亏损、核裂变、核聚变……等一系列原创性的新概念相继出现,E=mc2成了物理学史上最简单却最震撼的公式,奠定了原子能理论的基础,为人类开创了一个非常广阔的应用前景。核科学体系的建立是20世纪人类最重大的科学成就之一,是科学技术史上的辉煌篇章,对世界文明进程带来了多方面、深刻而长远的、战略性的影响。

由于特殊历史的原因,核能被首先用于军事领域。20世纪40年代以来,原子弹、氢弹、核试验、核导弹、核潜艇等陆续成了现实,人们在认识到核能空前巨大的同时,也认识了它巨大的破坏杀伤力,接着又出现了“核军控”“核禁试”“核裁军”“防止核扩散”等概念,给全球的政治、经济、军事、科技乃至文化带来了多方面的重大影响。中国在不得不掌握了核武器技术之初,就明确宣布了“全面禁止和彻底销毁核武器”的战略目标,发出了建立无核武世界的郑重呼吁。可以说,中国核事业的初心就是为了人类的和平。时至今日,国际形势和人类的觉悟水平,都离实现这个目标尚远。我们也不得不努力保持核武器的高水平、可靠性和有效性,以确保“威慑有效”。

理智的人类认识到,核能应该用来为人类造福。从20世纪中叶,就开始大力发展核电和多种核技术的和平应用，已取得了十分显著的成就,并成为核事业的主旋律。坚定地发展核事业,不仅是各国争占科技优势制高点的大战略,也是国家综合国力的重要标志之一。

核电是绿色、低碳、稳定、高能量密度的能源,是非化石能源的重要组成部分,发展核能对优化能源结构、改善大气质量、应对气候变化、建设生态文明等具有重要作用。目前,全球在运核电机组共450 台,分布在30多个国家和地区,总装机容量3.97亿kW,2018年核电发电量2.72万亿kW·h,占总发电量的10.2%。

全球的能源(以2017年为例)消费总量190亿t标煤,其中,石油占33.3%,煤炭占28.1%,天然气占24.1%,非化石能源占14.5%(其中包括核电的4.5%),值得注意的是,天然气和非化石能源(核电和可再生能源)的占比呈增长态势。全球能源投资趋势也正从煤炭逐步转向非化石能源。2017年,全球可再生能源投资超出其他能源两倍以上。

今后30年核电在全球的发展前景预测如下：

2030年2040年2050年IAEA(亿kW)3.45～5.543.32～7.174.0～8.74IEA(亿kW)4.68～5.865.16～7.20

到2040年将有一批核电机组达到寿期,设备更新换代将是一个重要的工作。

我国大陆在运核电机组45台,装机容量4 590万kW,发电量占全国总发电量4.2%(2 944亿kW·h/69 900亿kW·h),比全球的占比显著偏低。我国的核电在未来10～15年内,应努力达到在电力中占比达10%,在一次能源结构中占5%的目标。我们需要高质量地实现这个目标。为此：

(1)核事业是国家核心利益之所在,坚定的核战略不可动摇。核电发展要安全第一,同时提高经济性；

(2)加大核电全产业链条的科技创新,加强基础性研究,构建核科技创新体系,推进核电装备、仪器、软件等的自主化和高水平；

(3)加强组织化、制度化的公众沟通,提升公众对核能的信心。公众是核事业的主人,而不只是科普的对象；公众是核能、核技术的受益者,而不是风险的承担者。社会的广泛支持是最强核事业的基础,要努力营造核电可持续发展的良好氛围和环境,打造核电事业利益共同体。

在发展核电的同时,也要探索核能的多元化应用：

(1)核能产品由传统的大型商用核电站,逐步拓展为“大、中、小、微、特”多种型号；

(2)除发展核电外,要拓展核供热、制氢、海水淡化等多种功能的全品类产品体系,满足不同地区、不同群体的多样化能源需求；

(3)发展航海核动力：核潜艇、核航母等；

(4)发展深空核动力,太阳系之外宇航的核动力等；

(5)拓展在工业、医学、公安等领域的创新运用。

未来核能发展的一个重要方向是非爆炸型的受控核聚变。经过大半个世纪的努力,磁约束核聚变近年来取得新的进展,在参加国际ITER项目合作的同时,我们自建的聚变物理研究装置也在扎实进步之中。此外,聚变—裂变混合能源堆研究等创新项目也在推进中。中国从事核聚变研究的专家认为,2050年前后,完全有可能实现发电,“让核聚变电站点燃的第一盏灯在中国亮起！”果能如此,不仅是能源革命的历史性事件,也将对人类的未来可持续发展发生深远的影响。

本质上,核事业是以人为本的美丽事业,它是科学技术进步的产物,是人类文明进步的标志,也将是人类共享的财富。中国的核能事业将在更坚实的科技基础、制度基础、文化基础和社会基础之上走向未来,中国人有智慧创造安全高效核能发展的中国道路,并将为人类明天作出持续性和更大的贡献。