何祚庥：我國已成快堆技術世界第八說法屬“大吹大擂”

　　我國科技界正迅速蔓延著一股“浮夸不實”的學風。他們熱衷于“上報”夸大的成績，也熱衷于向社會公眾“宣揚”夸大的成績；以此來換取“領導”和“社會公眾”的“支持”。

　　如果說熱中子堆的運轉，要求做到毫秒級的精確控制，快中子堆就要做到微秒級的控制。據我們所知，世界上至今還沒有任何一個發達國家已實現快中子堆核電站持續安全運轉供電。

　　當代核電站發展的動向是，對運轉安全的要求將越來越高，而且不惜加大投入確保運轉的安全。

　　2011年1月4日，國內各大報刊、各大網站紛紛突出報道了《中國鈾利用率提升60倍，50年資源變成可用3000年》。報道認為，“我國科學家在核電技術方面取得重大技術突破，實現了核動力堆中燃燒后的核燃料的鈾、钚材料回收。這項技術的專業名稱叫‘動力堆乏燃料后處理技術’，由此……我國現已探明鈾儲量夠用上3000年”。報道還引用了中核集團有關負責人的講話：“這是我國核電領域的重大自主創新成果，意味著我國第四代先進核能系統技術實現了重大突破。由此，我國成為繼美、英、法等國之后，世界上第八個擁有快堆技術的國家。”

　　有不少朋友，包括我的院士朋友，打電話向“我們”祝賀，認為這是核科學的一大成就，為中國的能源，為中國的節能減排解決了大問題。還有一些用化石為能源從事火力發電的院士打電話問我，“我國火力發電面臨非常緊迫的形勢，石油可能在20~30年內枯竭，中國未來的電力可能年需求達10億～15億千瓦之多，而煤最多也只夠支撐100年！現在看到各大報刊、網站的報道，由于‘動力堆乏燃料后處理技術’的出現……‘我國現已探明鈾儲量夠用上3000年’，這比我們的石油、煤的資源大多了！是不是我們這些搞火力發電的人可以松一口氣了？”

　　但是，國外的反映卻和我國媒體的報道大不相同。2011年1月5日，美國《華爾街日報》的評論說，“那是相當地大吹大擂！”

　　這是怎么一回事？是美國《華爾街日報》習慣性地繼承了他的“貶低”中國的“傳統”，還是確實是國內媒體或中核集團在那里“相當地大吹大擂”？

　　問題太尖銳了！雖然有少數媒體也報道了《華爾街日報》1月5日的報道，但總的來說，大多持謹慎態度。——有不少朋友希望我這位已是過時的核物理學家作一個“負責任”的回答。

　　下面將分四個問題，對上述問題作一些分析和討論。

　　2010年12月21日，中核集團宣布“我國首座動力堆乏燃料后處理中間試驗工程——中核四○四中試工程熱調試取得圓滿成功。這意味著我國成為世界上少數掌握乏燃料后處理技術的國家之一，將有力地推動我國核燃料和核電事業安全、高效發展”。

　　很遺憾，這里未說明這是什么樣規模的“中試”。但是，據一些后續報道說，“中試廠在完成濃度為100%的乏燃料熱試工作后，將進行一系列整改，以保證系統穩定運行”。“按照計劃，未來中試廠將完成50噸乏燃料的處理任務”。“如果一切正常，該中試廠將進行擴建，年處理能力將提高到80噸。”負責人王俊峰表示，“‘十二五’末，中試廠將實現80～100噸的生產能力。”中核集團總經理孫勤表示：“中試廠熱試成功之后，中核集團將立即籌劃年處理能力200噸的項目，800噸的項目也要加快推進。”他同時表示：“對于200噸/年的后處理廠項目，中核集團已經牽頭成立了大廠籌備處，積極推進項目建設。”

　　雖然孫勤表示，掌握技術要靠我國自己的力量，但據媒體報道說：“中核集團仍在與法國商談引進乏燃料后處理大廠的相關事宜。業內人士表示，目前業界尚未在這一問題上達成共識。始終有不同的觀點。”該人士稱：“有的認為不全盤進口也可以，有的人急著進口。”

　　從這一系列報道可以看出，1.這只是規模很小的中試，比50噸小很多，而且還需“進行一系列整改”。2.要到“十二五”末，也就是5年后，“將能實現80~100噸的生產能力”。3.正在籌劃年處理200噸能力的項目，但沒有說明希望什么時候能實現年處理200噸。一個合理的猜測，至少是5年以后。4.中核集團仍在與法國商談引進乏燃料后處理大廠的相關事宜，也就是對自己發展的技術，能否廉價地大規模生產（注：關鍵是廉價），并沒有足夠的把握。

　　但更重要的是“需求”。究竟我國需要“多大”的年處理乏燃料的能力。一般來說，建造一座100萬千瓦的核電站，其初期投料約是70噸含4.5%的鈾235的濃縮鈾，年卸出的乏燃料量約是25噸。也就是說，一座標準核電站需要年處理的乏燃料，大約是25噸。中國發展的未來，正在討論中的規劃，希望在2020~2025年前，核電增長到7000萬~8000萬千瓦。如以80噸×25噸來計算，需要年處理的乏燃料，高達2000噸之多！這一數字較之2015年可以有年處理100噸能力的數字，約為20倍！我國能否在未來的10~15年間，將處理能力由目前僅做了5噸的試驗，擴大400倍？實在是任重道遠！

　　無怪乎國外媒體說，“事實上，中國核工業集團公司在其網站上發布的一份所署日期為12月22日的簡短中文聲明中表明，核廢料后處理之說只是基于一項試驗、一個非常小的試點項目之上”。

　　有不少媒體說，由于“動力堆乏燃料后處理技術”取得重大技術突破，“由此，我國成為世界上第八個擁有快堆技術的國家”。

　　很遺憾，這一報道大錯特錯，離事實真相太遠、太遠！！！

　　一個完整的快中子堆核電站的持續運轉，通常需要有如下支撐技術和先決條件。

　　1.比較強大的核燃料工業。快中子堆所必須解決的重大問題之一，是必須有充足的核燃料，主要是钚239，240……的持續供應。其一次投入的所需核燃料總量達幾十噸之多，其中包括濃度為20%濃縮鈾，或钚239~242，主要是钚239，此外還有大量在快堆里可燃燒的鈾238，而在壓水堆中，可燃燒的核燃料，約是70×4.5%=3.2噸。所以其核燃料的投入，一般約是壓水堆的10~20倍，而且最好做成標準的MOX燃料，因為這是當前可在壓水堆，也可在快中子堆中燃燒的已知技術成熟的核燃料。據報道，中核集團后處理中試工程負責人王俊峰說：“我們最后一次（試驗），制備出了合格的鈾產品和钚產品，所以說我們成功了。”

　　這當然是一項重大成就。我們完全應向工程負責人和參與此工作的科研工作者表示祝賀。但據我們所知，“制備出合格的鈾新產品和钚產品”，并不等同于已能制備出MOX燃料。快中子堆的重大技術關鍵之一，是必須制出合格而廉價的MOX燃料，尤其是廉價。

　　2.必須建立一整套從建造到連續可靠安全運轉，并能持續而廉價的供電技術。目前，我國原子能研究院正在研發一個小型實驗型快中子堆，已投入26億元人民幣，其預期的發電功率是25兆瓦。2010年7月23日有報道說：“中國核工業集團宣布，中國原子能科學研究院自主研發的中國第一座快中子反應堆——中國實驗快堆（CEFR）達到首次臨界。”這無疑是一個好消息！但接下來卻又說：“這意味著我國第四代先進核能系統技術實現重大突破，我國成為世界上少數幾個掌握快堆技術的‘國家之一’。”

　　但是，從我們來看，“首次”達到臨界，只是達到持續供電的第一個開端。快中子堆必須解決的重大技術問題，是安全問題——必須百分之百地確保它的可靠，尤其是可控的安全持續運轉。而一旦發生臨界事故，那就是不得了的大事故，是一次小型的核爆炸！快中子堆中的快中子飛行速度極快，是通常壓水堆熱中子速度的1500倍。如果說熱中子堆的運轉，要求做到毫秒級的精確控制，快中子堆就要做到微秒級的控制。據我們所知，世界上至今還沒有任何一個發達國家已實現快中子堆核電站持續安全運轉供電。有些國家曾研發了一段時期，大多已停止研發。只有俄羅斯仍在堅持不懈地努力，也有個別試驗性電站在那里運行。俄羅斯在快中子堆應用方面的主導的研發方向，是用快中子堆發電，作為核潛艇的動力。

　　至于電價，目前的中國實驗快堆，每千瓦投資約是10萬元人民幣，比火力發電8000元/千瓦造價約高了10倍。其冷卻、傳熱系統用的是液體金屬鈉循環，其投資比高壓水冷卻的投資要大一些。為達到高效發電，當然也少不了能支撐高壓水蒸汽的大容器。當前，第三代壓水堆型核電站的投資約是18000元/千瓦。加上移民，至少上升到20000元/千瓦。當代核電站發展的動向是，對運轉安全的要求將越來越高，而且不惜加大投入確保運轉的安全。一個嚴峻的問題是，中國的快中子堆核電站技術，何年何月，其電價才能降到和第三代核電站相接近的水平？

　　3.必須有快中子堆乏燃料快速的后處理技術，還要有相應強大的能處理快中子堆乏燃料，不斷提取钚239、240……的工業。快中子核電站的重要特點，是在消耗核燃料發電的同時，不斷新產生的核燃料，其增殖系數通常是1.6，即燒掉1個钚原子，會增加1.6個钚原子。但是，這一新增加的0.6個钚原子，必須不斷地從快中子堆中取出來，才能做到快中子堆核電站的持續、高速發展。所以，一個完整的快中子堆核電站核發電技術，必須包括快中子堆乏燃料后處理技術，而且要有適用于快中子堆的MOX燃料的工業化生產的技術。現在部署的乏燃料后處理的生產線，僅能適用于壓水堆，并不能直接搬到快中子堆乏燃料的后處理。問題是，壓水堆乏燃料后處理技術，并不等同于快中子堆乏燃料后處理技術。兩者衰變產物并不等同，其放射性強度以及相對比例也不相同。

　　4.從第三代核電站技術到第四代核電站，無疑是技術上的大跨越。但也要指出，這一“第四代核電站”技術，離真正可持續、可迅速增殖、發展的快中子堆發電技術，尚有一大段距離。現在試驗運行中的鈉冷卻的快中子堆的钚239、240……的增殖系數僅有1.2。也就是每燒掉1個钚原子，僅增加0.2個钚原子。所以，如果以這一“鈉冷卻的快中子堆首次達到臨界”和“壓水堆的乏燃料后處理試驗獲得成功”，這兩項技術成就，和今后將要走的很長的路程相比較，就只能說，僅僅是“萬里長征的第一步”。

　　掌握了乏燃料后處理和快中子增殖堆發電技術，是否使我國天然鈾資源從50年延伸到3000年？

　　首先需要解釋，為什么我國天然鈾只能“支持”正在建設中的“第二代”、“第三代”核電站50年？這一結論，當然源自能源專家的估算：“目前已探明世界上（經濟上）有開采價值的鈾為500萬噸，而一座1000兆瓦（100萬千瓦）的核電站，要消耗的鈾為：初裝量365噸+年補充量174噸（運行30年約需天然鈾5500噸）。能源專家按年增長率2.5％（1989～1990的低潮增長率）估算，現有儲量只能維持到2035年左右。”2035年-1990年=45年。當然，這只是1990年的估算。現在發展的形勢，包括儲量和增長速度都超過了1990年的預計。已去世的核動力專家趙仁凱院士曾在生前給出一個估算，說我國天然鈾資源最多僅能維持60座標準核電站（包括可能進口的天然鈾），持續運行40年。趙仁凱甚而建議這60座標準核電站，是我國核電站發展的上限。現在，由于人們公認核電站已可能從40年的全壽期，延長到50～60年。而且天然鈾可能擴大進口，也可能由于開采、提煉技術的改進，再加上我國還有某些可開發的屬于貧礦的天然鈾資源，有可能支持60座標準核電站，持續運轉50年。既然天然鈾資源利用率可擴大60倍，所以，可支持的年限也就延長到50×60=3000年。這里要請人們高度注意：核科學家說的是，如果只建造裝機為0.5億千瓦的核電站，我國天然鈾資源可支撐到3000年。但如果我國電力工業需要10億～15億千瓦的裝機，那就只能支撐100～150年了。可以期望這一支撐，可大幅度減少煤的污染和CO2的排放，可以和中國的“煤”并駕齊驅，但絕不是“搞火力發電的人們可以松一口氣”，因為這僅是“半壁江山”。

　　更重要的是，上述資源利用率可提高60倍的估算，只是1990年的估算，現在已不再準確。原因是，由于核發電技術的不斷改進，設計的不斷更新，已大幅度提高了壓水堆或熱中子堆類型核電站的資源利用率。

　　下面首先介紹一下，所謂快中子增殖堆可將資源利用率擴大60倍的說法，是怎樣算出來的。我國核燃料專家王方定院士曾在一篇介紹乏燃料處理的長文中，給出如下估算：

　　“目前核能主要是利用鈾235，但它只占天然鈾中的0.7%，即使考慮到壓水堆的轉化比為0.6，天然鈾利用率也只有0.7%+0.7%×0.6=1.1%。”

　　我國學者連培生在《原子能工業》（2002年版，連培生著）書中（第70頁，表2-17）有如下表述：對于目前的壓水堆，鈾資源的利用率分別為：如果是一次通過（即乏燃料不后處理，直接處理）則鈾資源利用率只有0.58%；如果進行后處理，只復用鈾，則鈾資源利用率為0.75%；如果后處理后鈾和钚復用，則鈾資源利用率為0.98%，近似為1%。

　　由于快中子增殖堆，一般可能進一步再燒掉慢中子堆燃燒后剩余的鈾238的60%，所以有60倍的增益。

　　但是，新型壓水堆的設計和改進，除不斷提高其安全運轉性能外，當然也要不斷提高熱中子反應堆的資源利用率。如果說，老式的壓水堆加上后處理……只能燒掉1.0%的天然鈾，新型壓水堆已能燒掉3%～4%天然鈾。原因是，新型壓水堆的設計已大大加大了裝料中鈾的濃縮度。在老式的壓水堆設計中，真正能燒掉的核燃料也就是僅約0.5%左右的鈾235，加上少量的钚239，這就是連培生教授指出的“鈾資源利用率只有0.58%”。但由于新型壓水堆中鈾235濃縮度的提高，在新型壓水堆中燃燒掉的核燃料，將不僅是鈾235，還有新產生的和再循環中的钚239，也有可能調節熱中子堆里中子的譜形，適當增大钚的再生的轉化比。而可期望不使用后處理技術，即能在慢中子堆中再燒掉1～2代的新生的钚239——也就等價于在慢中子的壓水堆中，還能多燒掉部分的鈾238。如果再加上后處理的鈾和所提取的钚的再利用，就完全可能在壓水堆中將鈾的資源利用率提高到3%～4％。所以在國內的新聞報道中，紛紛說，“在當今世界的核電技術下，核燃料燃燒了3%～4％左右”。也就是從過去僅燃燒的1%，上升了3～4倍。過去我們一直認為“已探明”的鈾資源僅能支撐25座標準核電站，運行30年。現在由于所掌握的資源量的增大，有望擴展到支撐80座標準核電站持續運轉60年。其實這里正需加上另一重要因素，即在慢中子堆中的核燃料的燃燒，已由于過去的僅燒1%，上升到可燃燒3%～4％。

　　但是，過去人們之所以認為快中子增殖堆能提高60倍的資源利用率，其前提是已認定壓水堆的資源利用率僅有1%；而如果壓水堆可提升到3%～4%，那么快中子堆的資源利用率就僅能再提高60÷（3～4）=15～20倍。或者僅能支撐功率為7.5億～10億千瓦的核電站持續運轉50年！這比煤貢獻小多了，只能作為煤發電的重要補充，不可能取代煤，更趕不上水電。中國有5.4億千瓦技術可開發的水電資源，如能開發出來，完全能持續利用幾千年！

　　回答是：不僅僅是“相當地大吹大擂”，而且連世界上快中子增殖堆發電技術的現狀，都沒有說清楚。我國不僅不是“世界上第八個擁有快堆技術的國家”，而且世界上至今只有俄羅斯才是接近擁有完整的快堆技術的國家。據報道，俄羅斯現在僅能年生產5噸的MOX燃料，顯然不足以大量供應快中子堆的迅速發展。

　　為什么我國有關快中堆發電技術的報道，竟出現了如此巨大的偏差？這就不得不歸之于我國科技界，包括中核集團在內的科技界，正迅速蔓延著一股“浮夸不實”的學風。他們熱衷于“上報”夸大的成績，也熱衷于向社會公眾“宣揚”夸大的成績；以此來換取“領導”和“社會公眾”的“支持”，以此來“騙取”科研經費、表揚、獎勵，包括升職等等的“好處”。這是我國科技發展的一大“公害”。如果說科技界及其領導機關有什么“學術腐敗”的話，這將是影響我國科學技術迅速蓬勃發展的最大、最突出的“公害”。

　　在上世紀60年代，我曾有機會參加原子彈、氫彈的研究和開發，有幸聽到下列一則故事。1964年10月16日，我國爆炸了第一顆原子彈。試驗成功后，主持研發工作的領導同志向毛主席、周總理匯報試驗成功，并詢問要不要發公報。毛主席問：“你們會不會只爆炸了一堆化學爆炸物，哄我說，原子彈已爆炸成功？”這一提問太尖銳了。在座參與匯報的領導同志都不敢貿然回答，當即打電話向我們的老師們核實有關情況。當然，前輩核科學家均給出了肯定的回答。對于是否發公報，毛主席仍主張慎重，看一看國外的反應再說。由于外電紛紛大量報道了中國爆炸第一顆原子彈，毛主席才最后拍板決定發布原子彈已爆炸成功的公報。我還能舉出毛主席、周總理在聽到我國科技工作已取得重大成就的匯報，總是采取慎重態度的其他例子。可是，現在出現的新動向，喜歡的是“大忽悠”，而且是“上下交相忽悠”！

　　然而，我們也要為中核總公司孫勤總經理說幾句公道話。我看到一個內部材料，在2010年12月21日中核集團的現場發布會上，孫勤再三強調，“中試工程熱試驗成功，只是萬里長征第一步”。可見，中核集團領導層中也不乏頭腦清醒人士。雖然已是邁出了十分重要的“第一步”，但不能說成已走完了“萬里長征”中的80%!不知道為什么，未見中核集團的領導層，正面出面澄清上述“大吹大擂”!而重要的是，這一“大吹大擂”，已“忽悠”到決策層。