全力以赴做好核數據開發，推動未來核能可持續發展
——專訪葉奇蓁院士

發展核能是未來大勢所趨

《中國核電》：核數據研究是全球核工作者面臨的共同課題，對于世界核能未來發展有著重要的意義和作用，您能對核數據的概念做個簡單科普嗎？

葉奇蓁：簡單的說，核數據是指核反應過程中產生的相關物理數據。包括裂變產額、激發函數、衰變數據、次級中子雙微分截面和微分截面、伽瑪產生截面、裂變截面、(n,x)反應截面、積分數據及原子分子數據等。核科學研究、核設施建設以及核技術應用都離不開核數據。核數據精度與可靠性直接關系著各種與核相關的裝置和產品的有效性、安全性和經濟性。

作為核科學技術與原子能開發利用的基礎，核數據一方面廣泛應用于物質結構、天體物理研究，對探索宇宙奧秘有著重要意義，另一方面也廣泛應用于反應堆設計、核燃料循環、同位素生產等領域，對促進經濟社會發展發揮著重要作用。因此開展核數據研究意義重大。

《中國核電》：之所以要做核數據研究，也是世界范圍內能源需求的發展趨勢決定的，您能否對核能在未來人類能源需求的重要性先做一下介紹？

葉奇蓁：自人類誕生之日起，地球的資源就被人類大量開發利用，隨著人類文明的高度發展，人類對能源的需求一直在高速增長，人類自身繁榮發展與地球資源及環境保護的矛盾也越來越突出。但能源需求在未來繼續保持長期的增長是無法避免的，并且主要是電力需求。在這種態勢下，為了盡量減少資源破壞和環境污染，今后幾十年內世界能源結構也將發生重大變化，進入油、氣、煤、可再生能源、核能五方能源結構多元化格局，其中，核能在緩解人類發展和保護地球的矛盾上又扮演著重要角色。

為什么這么說呢，這是核能的自然屬性決定的，核能作為人類歷史上的一項偉大發現，是人類最具希望的未來能源之一，核能既能夠提供大量電力，同時又具有消耗資源少、每千瓦發電量排放的溫室氣體少、土地占用量相對較低等優勢，在資源使用和環境保護上，核電更具備其他能源沒有的很多優勢，不像使用化石燃料的能源一樣會排放大量的空氣污染物、固體納米或微粒子。核電站及核燃料循環設施在其全生命周期活動中每年排放的二氧化碳僅為煤炭鏈的1%，也低于太陽能和風能鏈。目前，人類活動導致的氣候變化已經成為人類面臨的最困難的挑戰之一，空氣污染已成為許多國家的嚴峻問題，核電幾乎無排放的特性是一項至關重要的優勢。在全球變暖的背景下，這一特點使其成為獨特的電力來源。

另外，核電需要的土地面積相對較少，占用資源較低。核能生產也具有足夠的靈活性，可用于補償大部分間歇性可再生能源。這已經足夠體現核能的獨特優勢。

當前嚴峻的全球氣候變化趨勢，已經讓全世界20多個國家不得不聯合簽署《巴黎氣候變化協定》并共同做出脫碳承諾，這也使得核能發展成為未來的趨勢。中國于2016年9月3日加入《巴黎氣候變化協定》，成為第23個完成批準協定的締約方。根據《巴黎氣候變化協定》，各締約方承諾，在工業化前水平上，要把全球平均氣溫升幅控制在2 ℃以內，并提出努力將氣溫升幅限制在1.5 ℃以內的目標。核能作為一種安全、清潔的低碳能源，是各國實現氣候目標以及可持續發展的重要因素。可以毫不夸張地說，核能是解決環境變化問題的最有效的方法之一，是能源過渡中最適當的能源之一，沒有核能，很難實現溫室氣體減排的目標。

目前，全球16個國家在很大程度上依賴于核電，其核電占比超過本國電力供給的1/5。在歐洲，29個國家(歐盟27國+英國+瑞士)中有15個國家擁有核電，共有132個核電機組，占總發電量的27%，貢獻一半的低碳電源。中國的核電發展也非常迅速，計劃到2020年核電裝機容量達到在運58 GW，在建30 GW，規模居全球第一，作為綠色能源的支柱，核電是中國能源結構調整的重大戰略選擇。由此可見，核能已成為大勢所趨。

《中國核電》：核能可持續發展如此重要，也難怪核數據研究也變得如此關鍵。在具體介紹核數據之前，能否對核能可持續發展的一些前提和保障做一下說明？

葉奇蓁：首先，環境保護的要求客觀上促進了核能可持續發展。但環保對核能可持續發展提出的要求是多方面的，這個問題比較復雜，我簡單歸納為以下三點：一是可持續的核能必須是安全的、有經濟競爭力的，并且對環境是友好的；二是在實際操作中需要審查核電站的環境影響，并同時考慮核電站和核燃料循環設施的運行；三是需要仔細審查定期從反應堆排放的乏燃料的管理、貯存，可能的后處理和放射性廢物的最終處置。

另外，核能利用可能對環境所造成的不利影響也需要進行評估。正常條件下，核能對環境的影響是有據可查的，而且環境中放射性核素濃度是很容易測量的，此類設施可以進行獨立監控。這方面我也可以負責任地說，在正常運行條件下，核電站的放射性影響是微乎其微的，或者說是非常有限的，過去人們為什么談核色變，還是需要科普，讓人們消除一些誤解，凡事皆有利弊，只要認識的深入了，就能做出正確選擇。

即便如此，全球在核能發展尤其是安全和環境上的態度還是慎之又慎，相關研究也一直沒有停過。2017年，中國工程院、法國國家技術院、法國科學院開展合作項目，在IAEA大會聯合發布了《關于核能未來的聯合建議》，介紹了核能發展進程，分析了核能在安全性上面臨的挑戰，并提出了一些可能的解決措施。2018年，中法兩國三院啟動二期項目，圍繞《核能與環境》主題共同開展了頂層戰略研究。二期報告更具體地討論了核能循環對環境的影響，以響應社會對所有人類活動應考慮環境問題的強烈期望。因為歷史上客觀發生過的一些核安全事件原因，公眾對核電存在長期擔憂，本次報告作出了比較積極的響應和解答。

二期報告更具體地討論了從鈾礦開采到放射性廢物處理的整個流程中，核能對環境的影響問題，尤其就核電相關四大環境問題展開聚焦。其一是核設施正常運行時放射性釋放的評估和控制；其二是存在長期放射性釋放的乏燃料和核廢物的管理；其三是嚴重核事故及其放射性釋放的管理，其四是加強核安全，限制核能對環的負面影響，從而有助于公眾接受核能。

基于安全分析和環境影響評估，二期報告還對核設施允許排放所致人的劑量水平進行了量化規定，要求必須低于法規允許值。并且規定，國家法規至少要與IAEA的要求相一致。法規越來越嚴格的好處是顯而易見的，流出物排放限值越來越低，使得去污處理技術持續進步，這將有利于核能可持續發展。

對于人們比較擔心的現實核電站安全水平，也有專門課題研究執行并完成。研究表明，對嚴重事故的全面保護和緩解措施，提高了第三代反應堆的安全水平，第三代反應堆配備了先進的大型安全殼，能夠抵御外部危害并保持完整性，從而避免放射物釋放至周圍環境；在實際運行中，經驗反饋推動了現有核電廠升級和新反應堆設計改進，以及由核電廠運營商實施的安全指南改進，大大降低了核事故發生的可能性。

但三院的研究工作又繼續深入，評估了從鈾礦開采到放射性廢物處理的全過程中，正常或事故情況下對全球和當地的短期和長期環境影響，其中還考慮了對人類和生態系統的影響。通過總結經驗教訓，總結可持續地改善環境保護已采取或可能采取的各種行動方案等，對這個角度的環境安全作出了解答。

最終我們得出的結論是，第三代核電站及其相關設施，以及未來第四代核電站將可能減少環境影響。要盡最大努力開發可靠、有成效的先進核能系統，這取決于開展設計和安全評估該類系統所需的高水平模擬能力，以及詮釋用于性能和安全評價的關鍵基準實驗的能力。其中，高質量的核數據，特別是先進反應堆和核燃料循環中描述核反應的完整和準確信息，是上述模擬能力的必要組成部分，這也是核數據研究為什么重要的根本原因。

《中國核電》：如您所說，核數據是開發可靠、有成效的先進核能系統非常關鍵的一個方面，這個意義是如何具體體現出來的呢？目前核數據研究在全球是怎樣一個現狀呢，核數據改進的必要性又體現在哪些方面？

葉奇蓁：核數據研究是隨著全球核能事業的不斷深入而凸顯其重要性的。可以說核科學研究、核設施建設以及核技術應用都離不開核數據。尤其隨著新一代核能系統，比如釷基熔巖堆、鈉冷快堆、高溫氣冷堆和加速器驅動次臨界潔凈核能系統(ADS)和聚變裝置等新型研究項目在世界及我國范圍內不斷開展和深入，核能界對核數據數量、質量以及種類的需求也都提升到了新高度。

為什么這么說呢，因為核數據是核科學技術與原子能開發利用的基礎，廣泛應用于天體物理研究、反應堆設計、核燃料循環和同位素生產等領域，核數據精度與可靠性直接關系著各種與核相關的裝置與產品的有效性、安全性和經濟性。如你所言，你也提到了核數據的改進，其實核數據研究和改進的目的一樣，主要益處在于能降低開發和操作核反應堆的成本，基于精確的核數據，可在保證充分的安全標準的同時，以有成效的方式設計高效的核能系統。

正因為核數據在核事業發展中特殊而重要的地位，國際上不少國家都在做核數據研究。這個過程可以上溯到上世紀40年代，從那時開始，美國、蘇聯、歐盟以及國際原子能機構核數據科先后于20世紀60年代成立了中子核數據中心，開展核數據評價和建庫工作。目前，歐盟的CANDIDE項目中已經研究了核能可持續發展和廢物管理對核數據需求。我國自20世紀50年代開始核數據研究，并于1975年建立了國家核數據中心，核數據重點實驗室于2010年正式運行。經過幾十年發展，我國目前已形成全國核數據工作協作網，期間完成了多期重大國家核數據研究任務，填補了核數據研究工作的多項空白，形成了一套具有自主知識產權的研究體系，目前已建成包含核數據測量、評價、建庫以及應用檢驗的一整套研究平臺，形成了自己的評價核數據庫(CENDL)，該庫已成為國際公認的五大中子評價數據庫之一，中國核數據中心也已成為國際五大核數據中心之一。

鑒于核數據研究的重要性，更鑒于其中的核裂變數據在我國的研究還有不足，我國還于2018年2月啟動了核數據研究領域自然科學基金項目，首個國家自然科學基金重大項目是“錒系核裂變數據關鍵科學問題研究”，圍繞裂變過程與裂變數據核心關鍵問題開展實驗測量、理論模型兩方面研究，為今后我國核數據測量在實驗平臺和方法方面提供重要支撐，為建立具有我國自主特色的裂變理論模型與計算系統奠定基礎，填補了我國在裂變核數據研究上的不足。那么裂變核數據又是怎么一回事呢？裂變核數據是描述核子與裂變核發生相互作用規律的重要表征，是壓水堆、快堆、高溫堆以及ADS等先進核能系統研發以及核裝置精密化研究的重要基礎。由于核裂變的復雜性，到目前為止，裂變仍然是核物理研究最具基礎性、前沿性的課題之一。國際上對核裂變數據基礎研究非常重視，投入了大量人力、物力，發展新一代中子源，并建立了大型、高精度的探測設備；國內雖開展了一些裂變基礎實驗與模型理論研究，但相關實驗設備、理論水平、人才隊伍與國外仍存在差距，嚴重制約了我國裂變數據與裂變基礎研究水平的提升，因此迫切需要加強投入與研究。

再說說核數據改進的迫切性和必要性。核工業對當前的設計工具和核數據的信心主要是建立在成功設計和運行的熱譜二代核電站的基礎上，但這與當前提出的第四代核電站主要采用快中子堆，對核數據準確度的需求在中子能區、材料種類等維度與熱堆有很大的不同，我們必須充分意識到當前核數據庫的準確度尚不能滿足開發第四代核電站的需求，此外，對核安全要求的提高，也相應地提高了對核設計和安全分析不確定度評估的要求。新一代核設計不確定度的分析要求更高，不僅需要基于新開發設計軟件及準確的核數據庫，還需要基于經過科學評價的核數據不確定度，以上原因就是核數據改進的必要性之所在。總的來說，就是符合核能可持續發展的新型核能系統研發急盼核數據實現改進和“升級”。

全球核數據開發正有效促進核能可持續發展

《中國核電》：面對核能可持續發展的迫切需求，核數據如此重要，那么全球范圍內人們在核數據的研究、改進和開發方面又都做了哪些努力和實踐？

葉奇蓁：核能可持續發展既然是大勢所向，那么能讓其平穩安全高效發展的核數據工作當然也得與時俱進。全世界的核能工作者們對此都開展了深入研究和實踐。例如歐盟的CANDIDE項目，其已經對核能可持續發展和廢物管理對核數據的需求做了研究，該項目就核能可持續發展和核數據開發提出了一些結論和建議，值得我們共同借鑒。

CANDIDE項目認為，應將提供現代化核數據評價作為一個長期承諾，同時確保改進的核數據庫能夠便捷地在核技術和設計中得到應用，包括開發積分檢驗與靈敏度研究的系統途徑；還要求提供和支持有能力開展核探測的設施，鼓勵先進核反應堆關注的關鍵核反應的高水平測量；同時提供先進核模型開發能力，以優先滿足在缺乏實驗設施或模型計算條件下具有更好性價比的需求；該項目還建議將核數據開發項目作為一個長期投資，這些說法都很可貴，值得我們反復揣摩和思考總結。

此外，美國2018年3月28日出版的《核數據路線圖和改進研討會文集》中提出的一些觀點也同樣值得我們借鑒，其中的部分觀點與CANDIDE項目的觀點相似，另外該文集還提出核數據研究和開發的四個實踐方向，第一，所有核數據工作要以建立數據庫并到達最終用戶為目標；第二，生產力開發和設備維護對于保障核數據長期改進非常重要；第三，新的核數據測量和評價工作應集成到一個國家項目中；第四，正在開展的事業需要實驗室和大學的共同協作，最大化各家單位的力量。這四條總結對于核數據工作的開展也具有指導意義。

最新的第四代核電站相關核數據研發現狀又如何呢，首先，全球對于第四代堆研發都有相同核數據需求，無論美國、歐洲還是中國，這一點是一樣的。共同的核數據需求又可以概括為以下四個方面：一是針對臨界和次臨界反應堆，改進錒系和次錒系核素在快區和超熱能區的截面；二是高燃耗系統需要額外和準確度更好的核數據；三是改進結構材料和冷卻劑的快中子區核數據，四是需要所有核素中子核反應、裂變產額、伽瑪產生、伽瑪相互作用和裂變產物衰變性質的更準確和完整的協方差數據。可以說，全球對四代堆研發的數據需求高度一致而又迫切。

我國未來要建成世界上規模最大的核能電站系統，因此針對第四代研發在核數據上的實踐探索也一直在緊鑼密鼓地進行。截至目前，我國取得了一些階段性的成就，呈現出六個方面的現狀特征，這里不妨簡單的做下介紹。

一是中國已經旗幟鮮明地確定了發展基于快堆的核燃料閉式循環體系的政策；二是中國正在開展多種第四代核能系統候選核反應堆的研發，其中的高溫氣冷堆示范工程預計明年在山東省建成；三是中國鈉冷示范快堆(CFR)的示范工程正在福建省開工建造，計劃2023年完成；四是中國還在開展釷基熔鹽堆的研究；五是中國的核能可持續發展與國際上面臨相同的核數據需求；最后一點就是中國正在開展并將繼續支持開展核數據研究，以此來支撐新型核反應堆的研發。可以說，一切都在既定方向上有條不紊地行進，假以時日，我相信我們的核數據實踐和探索一定會取得輝煌成就。

回過頭來總結今天我說的，無非就幾個方面：第一個方面，核能作為一種安全、清潔的低碳能源，是各國實現氣候目標以及支持可持續發展的重要要素。為應對未來氣候環境挑戰，優化能源結構，人類對核能的需求必然日益增長，核能必須也一定能實現可持續發展。這一點上，包括我國在內的全球核能事業都取得了舉世矚目的成就。第二個方面，核能可持續發展需要核數據的可持續發展和支撐，核數據的開發是一項需要長期投資的任務，需要國際社會的共同努力。第三個方面，第三代核電站及其相關設施，以及未來的第四代核電站將可能減少環境影響，這有助于核能的可持續發展，但相關的核數據研究、改進與開發也必須與時俱進，跟上時代發展步伐，總結成一句話就是：核能持續發展與核數據開發密切相關，后者對于前者的促進和實現具有非常重要的作用和意義，無論如何，我們必須全力以赴，這樣才能共創核電發展美好未來。