美核管會(huì)發(fā)布核聚變能系統(tǒng)監(jiān)管白皮書

美國(guó)核管會(huì)（NRC）2022 年9 月發(fā)布《核聚變能系統(tǒng)的許可和監(jiān)管白皮書》（草案），介紹了核管會(huì)為建設(shè)聚變能系統(tǒng)監(jiān)管框架開展的工作及相關(guān)成果，并提出了三種監(jiān)管方案，以供未來的進(jìn)一步工作參考。

1 基本背景

近年來，受益于長(zhǎng)期研究的積累及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，聚變技術(shù)研發(fā)不斷取得突破，并在全球范圍內(nèi)迎來一波研發(fā)熱潮。根據(jù)聚變產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（FIA）最新發(fā)布的《2022 年全球聚變產(chǎn)業(yè)報(bào)告》，目前全球有30 多家私營(yíng)企業(yè)（詳見圖1）正在開展約20 種聚變技術(shù)研究，多家企業(yè)有望在本世紀(jì)20 年代中后期完成其聚變技術(shù)的概念驗(yàn)證，包括實(shí)現(xiàn)凈能量收益，并且許多企業(yè)計(jì)劃在30 年代實(shí)現(xiàn)聚變技術(shù)的商業(yè)化部署（詳見圖2）。美國(guó)政府2022 年3 月在白宮聯(lián)合舉辦首屆聚變峰會(huì)，宣布未來十年是聚變能發(fā)展的關(guān)鍵期，將領(lǐng)導(dǎo)相關(guān)各方制訂和實(shí)施聚變能發(fā)展戰(zhàn)略，加速這一清潔能源技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。但是，許多企業(yè)表示，聚變能商業(yè)化進(jìn)程面臨著一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)，即監(jiān)管不確定性。

美國(guó)2019 年《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法》要求核管會(huì)在2027 年12 月31 日之前完成相關(guān)法規(guī)的制定，建立一個(gè)具有技術(shù)包容性的監(jiān)管框架，推進(jìn)先進(jìn)反應(yīng)堆的研發(fā)和部署。先進(jìn)反應(yīng)堆包括裂變堆和聚變堆。

核管會(huì)在2020 年10 月的一份工作文件中要求工作人員就聚變能系統(tǒng)的許可和監(jiān)管事項(xiàng)制訂方案，以供參考。隨后，相關(guān)工作人員啟動(dòng)了聚變技術(shù)潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)管框架研究工作。

圖2 私營(yíng)聚變技術(shù)開發(fā)企業(yè)對(duì)聚變技術(shù)發(fā)展前景的預(yù)測(cè)結(jié)果

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

白皮書表示，雖然聚變技術(shù)的發(fā)展仍然面臨不確定性，但近期的技術(shù)突破有望支持聚變技術(shù)在本世紀(jì)30 年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

相對(duì)于裂變技術(shù)，聚變技術(shù)具有五點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。一是不需要可用于制造核武器的钚和鈾-235等核材料，不會(huì)發(fā)生自持式鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。二是不會(huì)產(chǎn)生需要在地質(zhì)處置前進(jìn)行冷卻的長(zhǎng)壽命高放廢物，聚變能系統(tǒng)產(chǎn)生的廢物大多為低放廢物。三是系統(tǒng)發(fā)生泄漏后，聚變反應(yīng)會(huì)立即停止，因?yàn)檫@種反應(yīng)需要在真空環(huán)境中對(duì)等離子體進(jìn)行持續(xù)加熱和約束。四是系統(tǒng)內(nèi)部處于真空，在泄漏發(fā)生時(shí)，外部空氣進(jìn)入系統(tǒng)的速度將快于聚變?nèi)剂虾途圩兎磻?yīng)產(chǎn)物向外逃逸的速度，因此系統(tǒng)在泄漏初期時(shí)的泄漏量較少。五是一些研究表明，即使完全喪失能動(dòng)冷卻系統(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)件也不會(huì)熔化。

總體而言，聚變能系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平比現(xiàn)有大型輕水堆低得多。聚變能系統(tǒng)的主要放射性危害來自于其擁有的放射性材料以及在運(yùn)行期間產(chǎn)生的放射性。因此，限制放射性材料（例如氚和活化材料）數(shù)量和屏蔽放射性（例如γ 射線和中子射線）是保護(hù)公眾健康與安全的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

3 三種監(jiān)管框架

在對(duì)相關(guān)技術(shù)、監(jiān)管和法律因素進(jìn)行全面考慮之后，白皮書就聚變能系統(tǒng)建議了三種監(jiān)管框架。

一是在“應(yīng)用設(shè)施”框架下監(jiān)管聚變能系統(tǒng)。如果采用這一方案，則可以認(rèn)為聚變能系統(tǒng)與先進(jìn)裂變堆一樣，對(duì)共同防御和安全有重要意義，或會(huì)影響公眾健康和安全。這一方案的優(yōu)點(diǎn)是核管會(huì)正在以技術(shù)包容、風(fēng)險(xiǎn)指引和基于性能的方式制定先進(jìn)裂變堆監(jiān)管框架。如果這一框架能適用于聚變能系統(tǒng)，則能大幅減少相關(guān)的法規(guī)制定工作。不足之處在于聚變能系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)低于先進(jìn)裂變堆，兩者適用同一框架，聚變能的相關(guān)優(yōu)勢(shì)不能得到充分體現(xiàn)。

二是在“副產(chǎn)物設(shè)施”框架下監(jiān)管聚變能系統(tǒng)。這一框架具有可擴(kuò)展性，目前用于對(duì)從低風(fēng)險(xiǎn)（如便攜式儀表）到高風(fēng)險(xiǎn)（如全景輻照器）的各種設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。這一方案的優(yōu)點(diǎn)是能夠?yàn)榫圩兡芟到y(tǒng)的許可和監(jiān)督提供可擴(kuò)展的技術(shù)中立框架，有利于聚變能系統(tǒng)盡早實(shí)現(xiàn)部署。不足之處在于：隨著聚變技術(shù)的發(fā)展，可能會(huì)出現(xiàn)規(guī)模更大、危險(xiǎn)性更高的聚變能設(shè)施，因此未來會(huì)需要針對(duì)性地開展大量法規(guī)制定工作。

三是前兩種方案的某種組合，即針對(duì)聚變能設(shè)施的具體潛在危害，綜合采用上述兩種框架。這一方案的優(yōu)點(diǎn)是：提供了一種分級(jí)方法，能夠涵蓋所有潛在的聚變技術(shù)，確保對(duì)具有更大危害的聚變能系統(tǒng)適用“應(yīng)用設(shè)施”監(jiān)管框架。不足之處在于：正在開發(fā)的核聚變技術(shù)種類繁多，很難制定決策標(biāo)準(zhǔn)，這可能會(huì)導(dǎo)致監(jiān)管體系變得更加復(fù)雜，使聚變能的商業(yè)化在短期內(nèi)面臨監(jiān)管不確定性。

4 小結(jié)

聚變能被視為終極能源，能夠幫助人類擺脫對(duì)化石燃料的依賴、進(jìn)入全新的能源時(shí)代。但實(shí)現(xiàn)聚變能的商業(yè)化應(yīng)用需要解決大量技術(shù)和工程難題，被美國(guó)國(guó)家工程院評(píng)為人類在21 世紀(jì)面臨的14 大科技挑戰(zhàn)之一。近年來，隨著科技的持續(xù)發(fā)展，聚變技術(shù)不斷取得突破。許多企業(yè)認(rèn)為，在21 世紀(jì)30 年代實(shí)現(xiàn)聚變能商業(yè)應(yīng)用是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。美國(guó)政府認(rèn)為未來十年是聚變能發(fā)展的關(guān)鍵期，因此政府將推動(dòng)相關(guān)各方加強(qiáng)合作，形成合力，共同推進(jìn)聚變能的商業(yè)化進(jìn)程。

全球主要國(guó)家的現(xiàn)有核監(jiān)管框架主要基于大型輕水堆的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，不適于聚變這種尚處于研究階段的新興技術(shù)。因此，聚變技術(shù)商業(yè)化過程中面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)是監(jiān)管方面的不確定性。為了幫助技術(shù)開發(fā)商應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，美國(guó)核管會(huì)已啟動(dòng)聚變技術(shù)監(jiān)管框架的研究工作，并取得初步成果。