国院原子能机构（IAEA）发布《2018年核技术评论》

2 先进的裂变和聚变系统

2.1 先进裂变系统

核电是一项成熟、经过试验的技术，有助于提高能源安全，减少化石燃料价格波动的影响，使经济更具竞争力，排放的温室气体和其他污染物比化石燃料低得多。核电技术的研发和不断创新对于保持核电竞争力是必不可少的，即使在变化的商业环境中，包括对于启动核电国家，也是一个有吸引力的选择。

2.1.1 水冷堆

水冷堆在核工业中发挥着关键作用，已具有超过1.7万堆-年的商业运行经验。在全球所有在运民用核电反应堆中，95%以上和58座在建反应堆中的56座都是用轻水或重水进行冷却。大多数新加入核电国家选择先进水冷堆作为其第一座反应堆。

大多数先进水冷堆增加了功率输出。近期建造的那些水冷堆的单位输出功率为1 000～1 700 MWe，在渐进型设计中规划进一步增加输出。建有单一或多种类型反应堆的多机组厂址成为明显趋势，这有利于规模经济。若干国家为逐步部署更高效的部分或完全闭式燃料循环，正在考虑、研究和建造现有水冷堆的先进版，如印度在实施采用钍/铀-233燃料循环的钍基核能三阶段战略—重水堆、快堆和先进重水堆方面正在取得进展，中国用由轻水堆乏燃料和贫铀尾矿组成的天然铀当量混合物对一座在运坎杜堆进行了满堆芯装料。

若干成员国正在开展超临界水冷堆的研发，例如，加拿大超临界水冷堆(重水慢化压力管式反应堆)和中国超临界水冷堆CSR1000已完成概念设计，欧洲建立了欧洲高性能轻水堆的概念，俄罗斯正在对具有超临界水冷却剂参数的创新型水冷水慢化核电反应堆进行概念研究，其中包括采用快谱堆芯的可能性。

2.1.2 快堆

自1960年以来，世界各地一直在推行重大快堆计划。国家和国际层面正在开发若干创新型钠冷快堆、铅和铅铋共晶冷却快堆和气冷快堆，熔盐快堆作为一种长期方案正在开发中。

通过在中国、法国、德国、印度、日本、俄罗斯、英国和美国等一些国家开展的实验堆、原型堆、示范堆和商用堆的设计、建造和运行，最成熟的快堆技术即钠冷快堆已有超过420堆-年的经验。目前各国正在研发的快堆技术包括：俄罗斯的BN-800钠冷快堆、多用途研究钠冷快堆(MBIR)以及BREST-OD-300铅冷快堆，印度的500 MWe原型快堆，中国的“麒麟一号”铅基堆以及CFR-600钠冷快堆，日本的创新型钠冷快堆(JSFR)，法国钠冷快堆工业原型堆(ASTRID)，比利时的铅铋冷却堆(MYRRHA)，瑞典先进铅堆(SEALER)，第四代铅冷快堆欧洲示范堆(ALFRED)和实验气冷快堆(ALLEGRO)，美国泰拉能源公司的行波堆和熔盐堆以及美国西屋公司的450 MWe创新型铅冷小型模块堆。

2.1.3 气冷堆

英国继续进行14座先进气冷堆的商业运行，并正在开展延寿研究。许多成员国正在开发具有固有安全特性的小型模块化HTGR，这种反应堆消除了对大多数专设能动安全系统的需要。中国已建成球床模块式高温堆(HTR-PM)，沙特阿拉伯、波兰和印度尼西亚有意部署HTGR，日本正在计划重启30 MWt的高温工程试验堆，美国侧重于鉴定先进气冷堆TRISO燃料以供未来部署以及在为先进堆特别是HTGR建立新的许可证审批框架方面取得了进展，欧洲委员会通过GEMINI+计划、南非通过研发新的先进高温堆球床概念、韩国和俄罗斯通过开发和维护关键技术继续开展HTGR相关活动。

2.1.4 中小型堆或模块堆

许多成员国对中小型堆或模块堆越来越感兴趣。这些新一代反应堆的功率可高达300 MWe，其部件和系统可在工厂制造，然后以模块形式在现场安装。中小型堆或模块堆着眼于那些大型反应堆不可行的小型电力市场或能源市场，可满足广泛用户和应用对灵活发电的需求，包括替换老旧化石电厂，为小电网国家、偏远和离网地区提供电力，以及提供混合核能和可再生能源系统。它们也更适合于非电气应用中的局部使用或专门使用，例如工业过程、制氢和海水淡化用热。

所有主要堆型的50多座中小型堆或模块堆设计正在开发中，其中三个处于建造后期阶段：阿根廷27 MWe的CAREM-25(150～300 MWe一体化压水堆CAREM原型堆)计划在2019年启动调试;中国的HTR-PM计划于2018年投入运行;俄罗斯配备两台35 MWe KLT-40S压水堆模块的船载浮动核电站计划于2018年启动调试。

为了快速部署中小型堆或模块堆，需要克服一些挑战。首先，应该有一个强健的监管框架对体制问题进行监管审查。技术挑战包括：多模块小型模块堆电厂的控制室人员配备和人因工程，确定应急规划区的规模，制定新的规范和标准以及建立有弹性的供应链。此外，中小型堆或模块堆的经济竞争力必须与备选方案相权衡，并通过规模经济来推行。国际合作和伙伴关系是推进小型模块堆发展和部署的关键。

2.1.5 创新型核能系统国际倡议

在过去的几十年里，几项关于创新型核能系统的国际倡议已经启动，以帮助解决不断增长的能源需求、铀燃料资源获取、乏核燃料再循环以减少未来地质处置负担、提高热效率、通过设计增强安全和抗扩散的问题。

IAEA于2000年设立的“创新型核反应堆和燃料循环国际项目(INPRO)”将技术开发商、供应商和客户汇聚起来，考虑采取国际和国家行动，以实现在核反应堆和燃料循环方面所期望的革新，促进核电的长期可持续性。

第四代核能系统国际论坛(GIF)是一项研究下一代核反应堆可行性和性能的国际合作，研发的核能系统有：气冷快堆、超高温反应堆、超临界水冷堆、钠冷快堆、铅冷快堆和熔盐堆。

欧盟可持续核能技术平台(SNETP)汇集了来自工业、研究、学术、安全、政府和非政府组织的100多名欧洲利益相关方，以促进先进裂变技术的研究、开发和示范，实现“欧洲战略能源技术计划”。该平台于2010年启动“欧洲可持续核工业倡议(ESNII)”以处理第四代快堆技术示范的需求。

设计无碳能源未来路线图的最新国际倡议之一是经合组织核能机构(OECD/NEA)的“2050年核创新”，该倡议涉及许多OECD国家以及SNETP、GIF、WNA和IAEA的代表，目的是帮助确定全球核裂变研发优先事项、推动其实施并确定加强合作的机会。

2.1.6 核能的非电力应用

核能的非电力应用，也被称为核能热电联产，正引起人们的兴趣。热电联产可用于海水淡化、制氢、区域供热、三次采油和其他工业应用，也有助于确保能源安全、可持续性和应对气候变化。通过回收利用余热，热电联产可使核电站的整体热效率提高30%以上，如果用于供暖和运输，可将供暖和运输对环境的影响降低35%。研究表明，利用余热的热电联产还可以抵消核能发电成本的很大一部分。

2.2 聚变

国际热核聚变实验堆项目(ITER)已取得重大进展，大型部件和制造正在有条不紊进行中，第一批等离子体将在2025年底前生产。另一个聚变能里程碑是德国马克斯•普朗克等离子体物理研究所的优化仿星器(W7-X)首次制造出等离子体。这台机器的主要目的是按聚变相关参数示证稳态等离子体运行，从而验证该仿星器是可行的聚变发电厂概念。

有关聚变工程、一体化、电厂设计、材料和安全的几个研发计划仍在继续。中国、欧洲和日本正在进行大量有关聚变中子源的研发工作。由欧洲和日本联合开展的国际聚变材料辐照设施的工程验证和工程设计活动旨在制定一个详细、全面、完全一体化的工程设计，并验证国际聚变材料辐照设施每个子系统原型的连续稳定运行。锂靶设施、低β半波谐振器和其他子系统的性能已得到验证。国际聚变材料辐照设施线性原型加速器计划于2019年完成验证。

中国小型聚变中子源仍在建造中，预计到2018年底实现快中子通量达到1014 cm-2s-1。IAEA正在制定小型试样测试技术的标准和导则，该技术将与聚变专用中子源一起用于材料选择和鉴定程序中。

3 加速器和研究堆的应用

3.1 加速器

离子束加速器最常见的应用包括环境研究、生物医学应用、文化遗产表征和出处鉴定、材料科学和放射性碳测龄。

全细胞超分辨率核显微镜，将具有几兆电子伏离子能量的离子束加速器与精密聚焦系统相结合，可提供直径为几十纳米的光束，使得有机会以远低于光学衍射极限的分辨率对全生物细胞进行成像。聚焦系统和光检测仪器的最新发展已使得在利用核微探针进行生物成像方面取得进展，有助于了解辐射对单活细胞的影响以及开发新的疗法和药物。

离子束技术应用在犯罪调查、食品安全与卫生问题、文化遗产人工制品和环境样品领域也极其有用。通过放射性碳测龄确定绝对年龄对识别伪造物非常有用，现已成为文化遗产诊断学中一个非常成熟的工具。

中东实验科学和应用中心的同步加速器光源向用户输出了第一束同步加速器光。该光源可以发出从红外线到硬X射线波长的高亮度辐射，供用于包括生物学、先进材料、文化遗产和凝聚物质物理学在内的各种科学应用。

3.2 研究堆

截至2017年12月31日，已在67个国家建造了797座民用研究堆。在运研究堆中，俄罗斯数量最多(5座)，其次是美国(50座)、中国(17座)和日本(9座)。全球有57座研究堆以5 MW或更高的功率水平运行，因而提供可支持高容量产品和服务的高中子通量。半数在运研究堆都已超过40年，其寿期可达到或超过60年，目前最重要的是及时制订适当的老化管理、整修和现代化计划。

目前，有7个国家正在建造新研究堆，还有若干成员国拥有建造新研究堆的正式计划。在满足福岛事故后的新安全要求后，京都大学的KUCA零功率研究堆和5 MW KUR研究堆以及近畿大学的UTR零功率研究堆于2017年恢复运行。韩国30 MW HANARO多用途研究堆在完成反应堆厂房技术改造后于2017年12月恢复运行。

迄今，有97座研究堆和2座医用同位素生产设施已从使用高浓铀转换为低浓铀或已确认正在关闭。2017年，加纳微堆从高浓铀燃料转换为低浓铀燃料，经辐照的高浓铀燃料被返还中国。高密度低浓铀燃料(如铀-Mo)的开发和质量鉴定对转换高通量、高性能研究堆非常必要，目前该方面已经取得了显著进展，在辐照试验、辐照后检验和制造技术方面还需开展进一步的工作，以实现燃料的商业供应。

2017年，全球用于Mo-99辐照和处理的一些研究堆的短暂停堆没有导致Mo-99供应短缺至影响患者。2017年，澳大利亚核科学技术组织完成了其新生产设施的建造。南非NTP放射性同位素公司宣布将其生产过程全面转换为使用低浓铀。两个其他主要生产商即比利时放射性元素研究所和荷兰Curium公司继续在将生产过程从高浓铀转换为低浓铀方面取得进展。

4 其他方面

4.1 粮食和农业

粮食和农业方面的核应用主要包括：①粮食和农业核应急准备;②利用辐照开发新型有效疫苗预防动物和人畜共患疾病;③多同位素指纹识别从土壤到水体的农业污染物来源。

4.2 人体健康

人体健康方面的核应用主要包括：①立体定向放射治疗，即高精度放射治疗技术;②核医学用于诊断神经精神病学中的阿尔茨海默氏病。

4.3 环境

IAEA正利用核技术和同位素技术评定塑料对海洋生物的影响。基于实验室的核技术，如利用放射性同位素作为微塑料示踪剂，将提供关于各种塑料微粒及其随附有毒污染物相互作用和影响的关键新资料

4.4 放射性同位素生产和辐射技术

α疗法，即用含α发射体的放射性药物治疗癌症等疾病。α粒子在活体组织中具有较高的传能线密度和较短的射程范围，一般仅有几微米。因此，它们为特定辐照(通常在微米范围)的靶细胞提供了更好的选择。目前面临的挑战是如何将α发射体充分靠近靶细胞，以引起期望的靶向损伤。有潜力用于放射性药物的各种α放射性核素包括Ac-225、Ra-224、Ra-223、Bi-213、Bi-212以及At-211。

（来源：核科技动态）