法國核電發電比例極高，圖為法國核電廠位置。

科技化時代的*核能*認識(四)

試驗技術--一些產生核能的其他設計，比如說德國第IV號反應爐，是一些正在進行的研究項目的對象。它們在將來可能會投入實際應用。一些改進後的核反應爐使反應爐變得更乾淨，更安全和／或降低了散布核武器的風險。

1.超臨界水冷式反應器（SCWR）－超臨界水冷式反應器將比氣冷式反應爐更高的效率與壓水式反應爐的安全性結合到了一起，它在技術上遇到的挑戰可能比二者都大。在這種反應器中，水會被加熱到臨界點。超臨界水冷式反應器與沸水式反應爐相似，但是超臨界水冷式反應器中的水不會沸騰，因此它的熱效率也就比沸水式反應爐高。這是一種超熱中子反應爐。

2.整合式快中子反應爐－1980年代科學家建造，測試並評估了一個整合式快中子反應爐，後在1990年代由於柯林頓政府的要求而被棄置，這是因為柯林頓政府的政策是防止核武器擴散。這種反應爐會將用過的核燃料回收，因此它只產生一點核廢料。本段結尾的連結是對於愛德荷州阿貢國家實驗室的前總管Charles Till博士的採訪，他介紹了整合式快中子反應爐並解釋了它在安全性，效率，核廢料和其它幾個方面上的的優點。

3.球床反應爐—這種反應爐使用陶瓷球來包裝住核燃料，所以它比較安全。絕大多數的這種反應爐使用氦作為冷卻氣體，氦不會爆炸，不會很容易地吸收中子而變得有放射性，也不會溶解能變得有放射性的物質。典型的設計擁有比輕水式反應爐的安全殼層數（一般為3層）更多層的安全殼（一般為7層）。一個它獨有的特點是，它的燃料球實際上組成了反應爐的核心，而且可以一個一個地更換，因此這種反應爐更安全。核燃料的這種設計使重新處理它們變得很貴。

4.SSTAR小型（Small）密封（Sealed）可運輸式（Transportable）自主（Autonomous）反應爐（Reactor）在美國是首要研究項目之一，它是一種相當安全的增殖反應爐。

5.次臨界反應爐的設計更安全，但是在建造技術和經濟上還有一定困難。

6.釷反應爐－在特殊的反應爐中，釷-232可以轉變為鈾-233。在這種情況下，比鈾的儲量更豐富的釷就可以用來製造鈾-233。鈾-233相對於鈾-235來說有一些優點，它產生的中子更多，並且產生更少的長半衰期超鈾元素核廢料。

7.高級重水反應爐—下一代的壓重水式核反應爐，使用重水來作為減速劑。印度的巴巴原子研究中心（BARC）正在對此進行研究。

8.KAMINI—一種獨特的反應爐，它使用鈾-233來作為核燃料。由巴巴原子研究中心和甘地原子研究中心建造。

9.印度正在建造一台更大的快速增殖釷反應器，為的是利用釷來獲取核能並控制它。

受人為控制的核聚變在理論上也可以提供核能，並且操縱過程也不像錒系元素那麼麻煩，但是在技術上還有許多難題等待解決。科學家已經建造了幾個核聚變反應爐，但是到目前為止，還沒有一個反應爐輸出的能量比輸入的能量多。儘管科學家從1950年代就開始研究可控核聚變，但是一般認為2050年以前不會有商業性的核聚變反應爐投入應用。現在領導著可控核聚變研究的是ITER。

核燃料的循環--核反應爐只是核燃料循環中的一部分。整個循環從核燃料的開採開始。一般來說，鈾礦不是露天開採的條帶礦，就是原地開採的過濾型礦。在任意一種情況下，鈾礦石都會被提取出來，並被轉為穩定且緊密的形式（例如黃鈾餅），然後被送到處理工廠。在這裡，黃鈾餅會被轉化為六氟化鈾，之後會被提純。在這時，包含了0.7%以上鈾-235的提純鈾會被加工成各種形狀大小的燃料棒。被送到核電站後，這些燃料棒會在反應爐中待上大約3年，在這3年中，它們會消耗自身包含的鈾的3%，在這之後，它們會被送到乏燃料水池，在這裡，核裂變中產生的一些半衰期短的同位素會衰變掉。在這裡呆上大約5年後，這些核燃料的放射性會降低到安全範圍之內，之後就會被裝進乾的儲藏容器永久儲藏，或被送到再處理工廠進行再處理。

鈾是一種常見的化學元素，陸地上和海洋中的每個地方都存在著鈾。它就跟錫一樣常見，儲量比金高500倍。大部分種類的岩石和土壤都包含著鈾，儘管濃度極低。現在，比較經濟的鈾儲藏地的鈾濃度至少為0.1%。以現在的花費速度來算，地球上可被提取的鈾還可用50年。在這種情況下，將鈾的價格提高一倍會將核電站的運行成本提高5%。但是，如果將天然氣的價格提高一倍，那麼天然氣的供應成本會提高60%。將煤的價格提高一倍會將煤的供應成本提高30%。

鈾的提純會產生出許多噸貧鈾（DU），它包含了鈾-238和大多數鈾-235。鈾-238有幾種商業上的應用，比如說飛機製造，輻射防護，製造子彈和裝甲，因為它具有比鉛更高的的密度。一些證據顯示過度接觸鈾-238的人會得疾病，這些人包括坦克乘員和在有大量貧鈾存在的地區居住的居民。現在的輕水反應爐遠遠沒有能充分利用核燃料，這造成了浪費。更有效的反應爐或再處理技術將會減少核廢料的數量，並且能更好地利用資源。與現在使用鈾-235（占天然鈾的0.7%）的輕水反應爐不同的是，快速增殖反應爐使用的是鈾-238（占天然鈾的99.3%）。鈾-238估計可供核電站使用50億年。增殖技術已經被應用在了幾個反應爐中。至2005年12月，唯一正在向外界提供能量的增殖反應爐是位於俄羅斯別洛雅爾斯克的BN-600。（BN-600的輸出功率為600兆瓦，俄羅斯還計劃在別洛雅爾斯克核電站建造另一個反應爐，BN-800）還有，日本的「文殊」反應爐也在準備重新起用（它從1995年起就被關閉了），中國和印度也在計劃建造增殖反應爐。

由釷轉化而得的鈾-233也可以用做核裂變燃料。地球上釷的儲量為鈾的儲量的三倍，而且理論上所有這些釷都可被用來進行增殖，這使釷的潛在市場大於鈾的市場。與用鈾-238來製造鈽不同的是，用釷來製造鈾-233不需要快速增加反應爐，它在常規增殖反應爐中的表現已經很令人滿意了。計劃中的核聚變反應爐使用的核燃料是氘，一種氫的同位素，現在的設計也會用到鋰。以現在人類消耗能量的速度來看，地球上可開採的鋰還可以用3000年，海洋中的鋰可用6000萬年，如果核聚變反應爐只消耗氘的話，它們可以工作1500億年。相比之下，太陽只剩下了50億年的壽命。而地球的碳水化合物生物壽命，只剩下不到20億年了。

現在的核電站產生的廢料太多。一台大型核反應爐每年會產生3立方米（25-30噸）的核廢料。這些核廢料中主要包含沒有發生裂變的鈾和大量錒系元素中的超鈾元素（大部分是鈽和鋦）。3%的核廢料是裂變產物。核廢料中的長半衰期成分為錒系元素（鈾，鈽和鋦），短半衰期成分為裂變產物。核廢料具有強放射性，並且需要特別小心地控制。剛從核反應爐出來的核廢料可在不到一分鐘的時間內使人致死。但是，核廢料的放射性會隨著時間減少。40年後，它的放射性與剛從反應爐出來時相比，已經減少了99.9%，儘管如此它的放射性還是很危險。

核廢料的儲藏和處理是一個巨大的挑戰。由於核廢料具有放射性，它必須存放在具有輻射防護的水池中（乏燃料池），在這之後它一般會被送到乾燥的地窖或防輻射的乾燥容器中進行儲藏，直到它的輻射量降低到可以進行進一步處理的程度。由於核燃料種類的不同，這個過程通常要持續幾年到幾十年的時間。美國大多數的核廢料現在都在短期的儲藏地點，人們正在討論建造永久儲藏地點。美國猶加山的地下儲藏室被提議成為永久的儲藏地點。

核廢料的數量可以通過幾種方法來減少，其中核燃料再處理效果最為顯著。即使這樣，剩餘的核廢料如果不包含錒系元素，還會持續300年保持強放射性，如果包含錒系元素，則會持續幾千年保持強放射性。即使將核廢料中的錒系元素全部除去，並使用快速增殖反應爐通過嬗變將一些半衰期長的非錒系元素也除去，核廢料還是要在一百至幾百年內與外界隔絕，所以這是個長期的問題。次臨界反應爐和核聚變反應爐也可以減少核廢料需要被儲藏的時間。由於科技在飛速地發展，處理核廢料的最好方法是否為地下填埋已經出現了爭議。現在的核廢料在將來可能就是一種有用的資源。

核工業上使用的受污染的工作服、工具、淨水樹脂和一些正要關閉的核電站本身也都在產生一些低放射性的廢料。在美國，美國核管理委員會已經幾次嘗試著允許低放射性廢料被當作普通廢物一樣處理，比如進行填埋，回收等等。許多低放射性廢料的輻射量非常小，它們只因為自己的使用歷史而被當作了放射性廢物。舉例來說，根據美國核管理委員會的標準，咖啡也可以被視作低放射性廢料。

在應用了核能的國家中，整個工業產生的有毒廢料中只有不到1%是放射性廢料，但是它們是極其有害的，除非經過衰變後，它們的輻射量變得更低，或者更理想的是，輻射完全消失。總體來說，核能工業產生的廢料比化石燃料工業產生的廢料要少很多。燃燒煤的工廠產生的有毒和放射性的廢料尤其多，因為煤中的有害的和放射性的物質在這裡被集中起來了。

再處理可以回收用過的核燃料中95%的鈾和鈽，並將它們轉化為新的混合氧化物燃料。這也同時減少了核廢料的長期放射性，因為經過再處理後，剩餘核廢料中主要就是半衰期短的裂變產物，並且它的體積也減少了90%。民用核燃料產生的廢料的回收已經在英國、法國和（以前）俄羅斯大規模應用，中國也即將應用這項技術，印度也可能應用，日本應用此項技術的規模也在擴展中。伊朗已經宣布成功進行了核廢料的再處理，這就完善它的核燃料循環，但是同時也招致了美國和國際原子能機構的批評。與其它國家不同的是，美國在一段時間前是禁止核廢料再處理的；儘管這個政策已經被廢除，但現在美國大部分使用後的核燃料都仍然在被當作廢料處理。

核電站的建造通常需要大量資金，但是它的運行和維護成本卻相當低（包括了核廢料再處理或進行填埋的全部費用）。核能的反對者認為，建造並運行核電站的費用加上核廢料再處理和關閉核電站的費用已經超出了在環境上獲得的利益。而核能的支持者說，核能是唯一一種將廢料處理的費用考慮到運行成本中的能源，化石燃料的價格相當低是因為化石燃料工業從不考慮廢料處理的問題。

英國皇家工程學院在2004年發表了一份關於英國核電站運營成本的報告。這份報告尤其關注的是間歇性能源與更可靠的能源之間成本的比較。報告說明，風能的價格為核能價格的兩倍。在碳價包含稅的前提下，使用煤，核能和天然氣發的電，價格為0.022-0.026英鎊／千瓦時，使用氣化煤的價格為0.032英鎊／千瓦時。當碳稅增加（最多為0.025英鎊）時，煤發電的價格就接近了向陸風發電（包含備用能源）的價格，為0.054英鎊／千瓦時，向海風發電的價格為0.072英鎊／千瓦時。核電的價格為0.023英鎊／千瓦時。這個數字包括了核燃料再處理的費用。

總體上來說，建造一座核電站的費用要比建造向外輸出同樣多功率的以煤或天然氣為燃料的發電廠的費用高很多。煤的價格遠遠高於核燃料的價格，而天然氣又遠比煤貴，所以說，如果不考慮建造費用的話，燒天然氣來發電是最貴的。但是，在建造核電站上投入資金的多少直接決定了核電站輸出電能的多少。建造核電站需要的資金佔了總運營成本的70%(假設折現率為10%)。現在許多國家中的電力市場自由化使核能變得不如從前有吸引力了。在此之前，一個壟斷性質的供電商可以保證供電直到幾十年以後的將來。私人供電公司面臨的是短期的合同和潛在的競爭，所以它們喜歡低建造成本的發電廠，這樣就可以在短期內收回成本。

在許多國家中，建造核電站所需的執照，監管和認證經常會拖延核電站的竣工時間並增加建造成本。三哩島核泄漏事故後，美國政府頒布了一系列關於核電站的新標準。以煤和天然氣作燃料的發電廠不受這些標準限制，因為它們在建造時沒有利潤。但是，選址，獲得執照和建造這三步適用於所有將要建造的發電廠，這些步驟使得更新而更安全的設計對能源公司來說更有吸引力。

在日本和法國，建造核電站所需的獲得執照和認證的程序很簡潔，這也就使建造費用和時間大大地縮短了。在法國，政府使用一種與認證新型飛機相似的程序來認證一種核反應爐。這就是說，法國政府不去認證單個的反應爐，而是直接認可一大類反應爐，這就減少了新核電站的認證時間。美國法律也允許這種一次認證一類的做法，並且這種做法很快就要被應用。

為了鼓勵核能的發展，美國能源部（DOE）開展了核能2010年計劃，在這個計劃中，能源部會鼓勵一些感興趣的團體去採用法國式的認證程序，並且還會給予因認證拖延了時間而增加了建造成本的六家新核電站25%至50%的建造成本作為補貼。核能的批評者認為，在核能的支持者計算核能的費用時，他們經常忽略了政府給予核能工業的大量補助，這些補助被用於幫助核能工業的研究。但是，其它能源工業也收到了補助。化石燃料工業交的稅更少，並且不用為它們排放的溫室氣體支付賠償金。在許多國家中，可再生能源也在生產的過程中收到了補貼，並且在稅務方面還受到了特殊照顧。

核能的研究與發展（R&D）收到的補助要遠遠大於可再生能源和化石燃料R&D收到的補助多。但是，現在大部分這種現象都發生在日本和法國，在其它國家，可再生能源收到的補助最多。在美國，每年用於核裂變研究的資金已從1980年的21.79億美元減少到了2000年的3500萬美元。但是，為了重組整個核能工業，接下來建造的六個美國核反應爐將會收到與可再生能源同樣多的補助，並且它們還會收到由於等待認證而損失的錢的一部分作為補償。

根據美國能源部的說法，美國境內的核事故保險收到了普萊斯-安德森核工業補償法的補助。2005年7月，美國國會又將這台法律進行了擴展。在英國，1965年頒布的核設施建造法規定，核反應爐的事故由此反應爐的執照擁有者負責任。關於核損害民事責任的維也納公約確定了國際間關於核事故責任的處理方法。

核電站在無其它能源可用的地區最有競爭力，最為顯著的例子就是法國，它幾乎沒有化石燃料儲量。加拿大安大略省已經將它的水利資源運用到了極限，並且也幾乎沒有化石燃料儲藏，所以在那裡也有一些核電站。印度也在建造新的核電站。相反地，英國貿易與工業部不允許在英國建造新的核電站，因為與化石燃料相比，核能的單位成本太高。但是，英國政府的首席科學顧問戴維·金說英國有必要再建造一個核電站。中國計劃建的核電站是最多的，因為它的經濟在飛速發展，並且國內也有許多能源計劃。

大多數新型的的天然氣發電廠都被用作用電高峰時期的備用發電廠。比天然氣發電廠規模大的核電廠和煤電廠無法快速改變輸出功率，這些電廠的角色只是在平常時期供電。因為平常時期的用電漲幅不像高峰時期那麼大。一些新型反應爐，尤其是球床反應爐，是專為高峰時期用電而設計的。

在世界上任何一個地方建造核電站，無論這個核電站是舊式還是新式，都會遇到被當地居民反對的問題。經過三哩島和車諾比這兩個事故後，只有很少數的城市會歡迎一個新的核反應爐，核處理工廠，核燃料運輸路線或試驗性核設施。許多城市都頒布了法規，禁止建造任何核設施。但是，美國境內一些已有核設施的地方卻在爭搶著要更多核設施。

核能的反對者會以車諾比的事故為理由反對美國政府建造新的核反應爐，但此缺乏說服力，因為美國60年前的核反應爐都比車諾比的反應爐安全；當被問到是否能在自己家後院建造一個車諾比式的反應爐時，大多數的人都會像預料中一樣反對。但是三哩島事故卻顯示核電廠的真正成成本不低，但在化石燃料漲價後仍有競爭力、可以做為再生能源普及前的替代品。而福島第一核電廠事故則比過去任何事故都重創核能安全的信譽，此事件又大幅墊高核電廠的安全成本，令人擔心核電廠無法與再生能源競爭。

當使用了核燃料循環分析時，現在的核反應爐輸出的能量會為輸入能量的40-60倍。這比煤，天然氣和除水力之外的可再生能源都要好。(續)