第四代核能系統(tǒng)是一種具有更好的安全性、經(jīng)濟競爭力，核廢物量少，可有效防止核擴散的先進核能系統(tǒng)，代表了先進核能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和技術(shù)前沿。
通常來講，五、六十年代建造的驗證性核電站為第一代核電技術(shù)；70、80 年代標準化、系列化、批量建設(shè)的核電站為第二代核電技術(shù)；第三代則指90 年代開發(fā)研究成熟的先進輕水堆；而第四代核電技術(shù)作為下一代核電技術(shù)，目前仍處于開發(fā)階段，預(yù)計可在2030 年左右大規(guī)模投入商運。
第四代核電技術(shù)特點。1）能提供清潔、可持續(xù)的核能；2）低成本、建設(shè)周期短；3）更優(yōu)良的安全性和可靠性。具體到指標：堆芯熔化概率低于10-6 堆年，在事故條件下無廠外釋放，初投資低于1000 美元/Kw，建設(shè)期小于3 年，總電力成本低于3 美分/Kwh。
全球核電技術(shù)衍變
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技術(shù)類型 |
時間 |
代表堆型 |
特點 |
發(fā)展背景 |
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第一代 |
1950-1960 年代中期 |
前蘇聯(lián)石墨沸水堆型、美國60 兆瓦原型壓水堆等 |
功率普遍小，一般300MWe 左右，主要建造目的原型示范作用 |
二戰(zhàn)后美國開發(fā)核能發(fā)電技術(shù)并于1957年首先將核潛艇壓水堆和常規(guī)蒸汽發(fā)電技術(shù)結(jié)合起來，隨后法、日、西德等國先后引進美國輕水堆技術(shù) |
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第二代 |
1966-1990 |
壓水堆、沸水堆和重水堆 |
單堆功率大幅提高至百萬千瓦級；實現(xiàn)了標準化、系列化、商用化和批量化 |
1973 年的第一次石油危機引發(fā)了美國與西歐各國的核電建設(shè)高潮 |
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第三代 |
1990-2000 |
AP600 、AP1000、EPR等 |
具有更高安全性、更高功率，最大特點在于非能動設(shè)計 |
上世紀80 年代中開始，美國、西歐先后公布了一套使各方面都能接受的電力公司要求文件，作為開發(fā)未來的先進輕水堆的技術(shù)準則，并稱之為第三代技術(shù) |
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第四代 |
2000 至今 |
氣冷快堆、鉛/鉍冷卻快堆、熔鹽堆、鈉冷卻快堆、超高溫氣冷堆、超臨界水冷堆 |
仍處于開發(fā)階段，要達到大幅減少核廢料、更充分利用鈾資源、降低核電站建造和運營成本，以及更好地控制核擴散 |
全世界日益嚴峻的核擴散和反恐形勢、第三代核電比投資居高不下的困難，并考慮到燃料資源對核電可持續(xù)發(fā)展的重要性 |
資料來源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理
第四代核電技術(shù)由美國能源部于1999 年發(fā)起倡議并于2001 年征集到了包括英、法、日等12 個國家的94 個第四代核電站反應(yīng)堆系統(tǒng)，最終在此94 個概念堆的基礎(chǔ)上，一致同意開發(fā)六種第四代核電站概念堆系統(tǒng)，分別是：氣冷快堆、鉛/鉍冷卻快堆、熔鹽堆、鈉冷卻快堆、超高溫氣冷堆、超臨界水冷堆。
第四代核電技術(shù)分類特點
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堆型 |
主要區(qū)別 |
核燃料 |
特點 |
發(fā)展進度 |
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超臨界水冷堆（SCWR） |
超臨界水作冷卻劑、慢化劑 |
氧化鈾芯塊 |
系統(tǒng)簡單、裝置尺寸小、熱效率高、經(jīng)濟性和安全性更好 |
參與超臨界水冷堆技術(shù)開發(fā)的包括美國、加拿大、日本、歐洲、韓國和俄羅斯的研究、工業(yè)部門和大學(xué)，預(yù)計2015年可行性研究，2020年性能研究和建示范堆，2025年試驗驗證，2030年前后工業(yè)化 |
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超高溫氣冷堆（VHTR） |
石墨作慢化劑、氦氣作冷卻劑 |
高濃二氧化鈾，或低濃二氧化鈾 |
熱效率高、燃耗深、轉(zhuǎn)換比高、安全性能好等 |
1967年底原聯(lián)邦德國建成世界上第一座高溫氣冷實驗堆。南非OPQHC電力公司最早實現(xiàn)高溫氣冷堆的商業(yè)化運行，中、日等國也相繼展開其商業(yè)化建設(shè) |
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鈉冷快堆（SFR） |
液態(tài)金屬鈉作冷卻劑，無慢化劑 |
鈾-钚混合氧化物 |
采用濃縮度比高的燃料、三回路系統(tǒng)，堆芯由燃料區(qū)和再生區(qū)組成的、良好固有安全性 |
美、法、日、德、俄等都在積極研發(fā)。1967年法國建成了一座實驗堆，日本已設(shè)計出輸出功率為30萬千瓦的快中子堆 |
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熔鹽堆
（MSR） |
石墨作慢化劑、熔融態(tài)混合鹽作冷卻劑 |
不用固體燃料芯塊，采用氟化物和載體鹽的低熔點和共晶熔融體 |
熔鹽更有效地將熱量帶出堆芯，減少對泵、管道的需求，因此可縮小堆芯的尺寸 |
對熔鹽堆的集中研究始于美國飛行器反應(yīng)堆試驗，四代反應(yīng)堆方案之一是熔鹽冷卻固體燃料反應(yīng)堆，電功功率1000MW的首臺示范方案將于2025年前完成 |
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鉛冷快堆（LFR） |
鉛-鉍作冷卻劑，無慢化劑 |
金屬鈾或鈾-238以及超鈾元素 |
化學(xué)穩(wěn)定性、高原子數(shù)、運行工況下較低的蒸汽壓力和較高的沸點 |
最早始于美國、日本，目前各國針對鉛冷快堆的腐蝕問題進行深入研究，特別是有氧控制腐蝕的研究已取得一定進展 |
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氣冷快堆（GFR） |
氦氣作冷卻劑，無慢化劑 |
碳化物燃料 |
采用閉式燃料循環(huán)，放射性廢物產(chǎn)生少，有效地利用核資源 |
美國和歐洲原子能共同體、法國、日本和瑞士最早簽署了氣冷快中子堆系統(tǒng)（GFR）的合作安排，美、日氣冷快中子堆項目目前已在興建 |
資料來源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理
中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2022年中國核電產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資策略咨詢報告》指出：我國已確立了“熱中子堆電站—快中子堆電站—聚變堆電站”三步走的核電技術(shù)發(fā)展路線，第四代核電技術(shù)的研發(fā)也納入了國家863 計劃重大項目。
目前，我國四代核電站中，已建成一座鈉冷快堆即中國實驗快堆(CEFR)、一座高溫氣冷實驗堆(HTR－10)，在建一座高溫氣冷堆商用規(guī)模示范電站即國家科技重大專項高溫氣冷堆核電站示范工程（HTR-PM）。
我國四代核電技術(shù)發(fā)展
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進度 |
項目 |
技術(shù)路線 |
設(shè)計容量 |
投產(chǎn)時間 |
業(yè)主 |
備注 |
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已建 |
中國實驗快堆(CEFR) |
鈉冷快堆 |
20 兆瓦 |
2010 年7 首次臨界，2011 年7 月正式并網(wǎng)發(fā)電 |
中核 |
我國完全自主研發(fā)的第一座快中子反應(yīng)堆，意味著中國第四代先進核能系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)了重大突破，使中國成為世界上第8 個掌握快堆技術(shù)的國家 |
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已建 |
清華大學(xué)10 兆瓦高溫氣冷實驗堆(HTR－10) |
高溫氣冷堆 |
10 兆瓦 |
2000 年首次臨界，2003 年實現(xiàn)滿功率運行 |
清華大學(xué)核研院 |
世界上第一座具有模塊式高溫堆特點的實驗電站 |
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在建 |
石島灣模塊式高溫氣冷堆商用規(guī)模示范電站（HTR-PM） |
高溫氣冷堆 |
20 萬千瓦 |
預(yù)計2017 年底前投產(chǎn)發(fā)電 |
華能集團、中核、清華大學(xué) |
中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一座高溫氣冷堆示范電站，也是世界上第一座具有第四代核能系統(tǒng)安全特性模塊式高溫氣冷堆商用規(guī)模示范電站 |
資料來源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理
核能技術(shù)目前有兩路徑：一是核裂變，這個過程能釋放出巨大能量，最初被用來制造殺人武器原子彈，后來發(fā)展到可以控制這個過程，使之緩慢持續(xù)釋放能量，總算可以有和平用途了，就是今天爭議相當激烈的核電技術(shù)。二是核聚變，這能夠釋放出更大的能量，但是這個過程至今還只能用來制造更大規(guī)模的殺人武器氫彈?？茖W(xué)家當然也很想將核聚變過程控制起來，使之能夠為日常生活提供能源。
按照現(xiàn)有的主流技術(shù)方案，核聚變必須在高溫高壓的環(huán)境中才能進行，故這方面的研究統(tǒng)稱為“熱核聚變”。那種現(xiàn)在仍被有些科普作品描繪成最有希望的“托卡馬克裝置”（在強磁場約束中實現(xiàn)核聚變），也被歸入熱核聚變的范疇之內(nèi)。熱核聚變的研究通常需要投入巨資，并建造昂貴而龐大的設(shè)備。然而迄今為止還沒有獲得過任何成功。除此之外，也還有若干種別的聚變方案。這些相互競爭的方案，上演了一幕又一幕被該書作者稱為“怪異歷史”的活劇。
這本書的副標題中用“怪異”一詞來修飾“歷史”，也似乎是這類作品中不太常見的修辭用法。因為作者曾親歷和參與了某些事件，因而可以生動地寫出歷史故事。而這些歷史故事，又是與長期以來人們因在能源方面的迫切需求而渴望實現(xiàn)核聚變，并因這種迫切而為相關(guān)的研究加入了更多復(fù)雜的內(nèi)部與外部影響因素，從而讓這些歷史顯得“怪異”。也正是這些“怪異”之處，讓這本帶有歷史意味又兼具紀實風(fēng)格的科普作品頗有可讀性。
既然可控核聚變是人們力圖用來解決能源問題的夢想，那我們究竟應(yīng)該如何看待和評價這個夢想呢？人們當然可以從科學(xué)上來分析討論，但除此之外，也許還有此書不太涉及的一些方面，即從發(fā)展、倫理、風(fēng)險等方面對于這個夢想，以及人們追求這個夢想的相關(guān)行動進行討論。你是否這樣看呢？
其實對這類問題此書也有相當?shù)纳婕?，只是作者論述時的立場是不鮮明的，似乎力圖保持“客觀”和中立。例如關(guān)于“冷核聚變”問題，弗萊施曼和龐斯兩人的宣布的實驗別人無法重復(fù)，他們自己又難以自圓其說，卻仍有許多人堅定不移地支持他們，這是一個奇怪的現(xiàn)象。作者的解釋是“冷核聚變”這個夢想實在太美好，“僅用科學(xué)是摧毀不了的”。這樣的解釋盡管也無懈可擊，但終究顯得有點太大而化之了。
如果從“利益”的角度去看問題，也許會得到更合理的解釋。因為“熱核聚變”是一種需要巨額資金和龐大設(shè)備的研究，所以在“主流科學(xué)界”的認可之下，“熱核聚變”界長期享有巨額的科研經(jīng)費。現(xiàn)在“冷核聚變”跑出來，又不需要巨額經(jīng)費和大型設(shè)備，如果這個方向得到認可，“熱核聚變”界能夠得到的科研經(jīng)費必將大大減少。
既然利益的因素是顯而易見的，就使得對“冷核聚變”的任何打壓都有動機不純之嫌。這就形成一個非常麻煩的局面即使“冷核聚變”真的在科學(xué)上是錯誤的，那由誰來判定這一點同時又能取信于民呢？由“主流科學(xué)界”來判定嗎？這有動機不純之嫌；由“主流科學(xué)界”之外的人來判定嗎？那又“不專業(yè)”，同樣難以取信于民。也許正是這種兩難局面注定了“冷核聚變”是打不死的。
你上面的這段分析，頗有SSK(科學(xué)知識社會學(xué))的味道，當然這不是此書作者的立場。你說作者似乎力圖保持“客觀”和中立，其實，同樣是按照科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)編史學(xué)的立場來看，包括科學(xué)史家在內(nèi)，觀察也都是滲透著理論的，那種絕對的“客觀”，至少在現(xiàn)實的實踐中是不可能的。
我們今天常見的對核能的討論中，經(jīng)常會涉及有關(guān)核能研究的風(fēng)險、利益和研究者的社會責(zé)任等話題，但此書作者這樣的討論，似乎隱藏了一種沒有明言的預(yù)設(shè)，即人類對能源的需要是天然正當而且應(yīng)該滿足的，核聚變能的研究為了達到這一目標，也就無需質(zhì)疑其附帶或是天然地就帶有的其他風(fēng)險和毛病了，只要專心解決實現(xiàn)這一目標的技術(shù)問題就可以了。這樣的做法，也正是過去傳統(tǒng)科學(xué)史的寫法，正是過去傳統(tǒng)科普常見的立場。你的感覺相當敏銳。事實上，當我們將能源問題看成一個單純的科學(xué)問題或技術(shù)問題時，往往已有了一個預(yù)設(shè)我們對能源的需求永遠是正當?shù)?，永遠應(yīng)該被滿足。其實這個預(yù)設(shè)是有問題的。先從一個比較淺的層面來看，每一次對原有能源需求的滿足，實際上都會刺激起進一步的新需求。這一點經(jīng)常被人們忽略，其實是毫不奇怪的供求關(guān)系經(jīng)常是相互影響的。那么這種持續(xù)不斷增長的新需求是不是永遠都正當呢？這就涉及到更深的層面了，即我們以前討論過的“無限發(fā)展”或“無限進步”的觀念。在這種觀念支配下，相信進步可以是無限的，因而對發(fā)展的追求也可以而且應(yīng)該是無限的。在這兩個“無限”之下，對電力或能源的無限需求才是正當?shù)?。而只要我們開始質(zhì)疑“無限發(fā)展”或“無限進步”的觀念，則我們對能源的無限需求也就會跟著受到質(zhì)疑了。
對于核聚變，如果從人認識自然的角度進行研究，當然也無可厚非，盡管其風(fēng)險仍是值得關(guān)注的。但現(xiàn)實是，人們當下往往把科學(xué)研究的目標指向?qū)嶋H應(yīng)用，對核能的研究更是如此。要應(yīng)用，就有應(yīng)用的風(fēng)險和問題，這既與科學(xué)技術(shù)的內(nèi)容有關(guān)，也有超出科學(xué)技術(shù)所能控制的內(nèi)容。后者，在傳統(tǒng)的科普中通常是不被涉及的，而在新的科學(xué)文化傳播中，則越來越成為重要的內(nèi)容?！镀恐械奶枴愤@本書，本是傳統(tǒng)科普類型的作品，但當我們有了不同的理念時，閱讀和思考相關(guān)問題，卻能走到討論有關(guān)“發(fā)展”的問題上。這并非離題萬里，因為這有關(guān)“發(fā)展”的問題，對于人類來說，其重要性顯然是遠遠超出個別的具體科學(xué)技術(shù)問題的。
由此，我們既可以看到一種不同的讀書和思考的方式，也可以體會，新型的科學(xué)文化傳播的理想讀物可能是什么樣子。核聚變問題盡管離實際的應(yīng)用還道路遙遠，但有關(guān)的普及讀物，也還是完全可以超越傳統(tǒng)科普的形式的。
