比尔·盖茨的礼物：核电如何摆脱“恶名”

中国有很多先进的核能技术，中国的第三代核能技术发展很快，我们知道，在福岛，如果有三代核能技术就不会有那样的灾难发生了。但是我们真正要在全球范围内推广现代的、先进的核能技术，还需要推广到下一个阶段，那就是更高级别的、第四代的核能技术。

泰拉能源与中核集团签署合作，致力于发展行波堆，即新的核能技术。行波堆技术用的是贫铀而不是浓缩铀。用贫铀产生的核废料相对少一些，而这就对我们铀浓缩的要求不是很高。因为我们行波堆用的是贫铀，而贫铀是我们现在提炼、浓缩铀的一个副产品，所以我们也得到了两国政府的大力支持。因为贫铀这种资源特别容易获取，所以两国政府大力鼓励我们的合作项目，也就是泰拉能源与中核集团关于行波堆的合作，并鼓励我们建立一个合资公司。

有了我们核能的新一代技术，就有可能实现减排目标。说到我们的合作关系，我相信我们可以在中国培养我们的工程师，这一中国的工程技术还可以向世界其他的地方推广、在不同的地方都可以推广。

2015年9月中核集团与泰拉能源公司签署了行波堆合作文件后，比尔？盖茨说，行波堆是泰拉能源公司将与中核集团联合开发的第四代核能技术，双方的合作将为中国和全球的清洁能源做出贡献。但行波堆到底是怎么回事？

行波堆到底哪里来的？

1958年，美国麻省理工学院的范伯格在国际和平利用原子能会议上提出了“增殖-燃烧反应堆”的概念，主要物理过程为可转换材料（如238U）在反应堆内的“原位”增殖和焚烧，将整个闭式燃料循环在同一个堆内实现，简化核燃料循环，提高一次通过模式的铀资源利用率。

由于该增殖焚烧过程通常有增殖行波和焚烧行波的物理图像，被广泛称为“行波堆”。其具体实现方式又可以进一步分为行波堆和驻波堆两种。如果行波堆能够研制成功并投入使用，它们提供的能量够地球上的每个人按照美国的人均能耗用上1000年。

对此，范伯格表示：如果这个方案可行，今后我们只需要“每个行星有一个浓缩厂”，即只需要浓缩铀来点燃行波堆，用现有的乏燃料和天然铀就可以提供全世界所有人使用千年的能源。

可是，在当时的技术条件下，行波堆就像核聚变一样遥不可及，只能是一个纯理论研究。行波堆的燃耗要达到30%以上，燃料包壳辐照要达到500dpa（材料辐照性能）以上，而在当时的实验室条件下，材料辐照性能也达不到一年百个dpa。

相对而言，当时的水堆技术，技术可行性更高，更具备工业应用条件，世界核电便以此种技术大规模发展起来。行波堆就这样被遗忘在工业应用的门槛之外。

水堆燃料难题成了行波堆的救星

随着世界核电的发展，一些问题日益凸显：核燃料的来源问题，乏燃料后处理的问题，以及核扩散的风险等。

目前国际上对乏燃料的处置办法有两种：一次通过和进行乏燃料后处理。进行乏燃料后处理，也有两种方式：

一种是乏燃料出堆后，通过后处理分离出铀、钚，铀、钚可以另作他用。分离出铀、钚后的乏燃料经过几万年的存放后，放射性毒性可以减低到等效天然铀水平。

另一种是，除分离出铀、钚以外，进一步分离出次量锕系核素，这就是先进燃料循环方式。次量锕系核素里有部分核素的放射性半衰期非常长，是乏燃料中除钚之外最主要的长期放射性毒性来源。把所有锕系元素分离出来后，剩余的乏燃料只需要储存几百年就可以降低到等效天然铀的水平。

虽然很多国家的后处理技术已经发展得比较成熟，甚至达到了工业规模，但到目前为止，主要仍是针对压水堆乏燃料后处理，没有一条线是能够用于快堆及闭式燃料循环工业应用的，国家级的完整闭式燃料循环体系并没有真正建设起来。同时，能够分离出钚的后处理技术是敏感技术，后处理技术在降低了乏燃料的毒性的同时，也带来了核扩散的隐忧。

以美国为代表的国家对现有的后处理技术并不满意，他们认为，现有的后处理技术要耗费巨大的人力、物力、财力，且需要特别长的周期，在工业应用上并没有很大的前途，还不如等到技术进步得足够快，找到更适合于工业应用的办法后再处置。他们主要采用“一次通过”的方式，即核燃料焚烧后，从堆内卸出，深埋储存，以待日后后处理技术更加先进时再进行处理。

行波堆可以以现有的贫铀、乏燃料回收铀或者天然铀为燃料，这就解决了燃料来源问题、减轻了乏燃料的存储问题；同时，在理想状况下，行波堆10年才需要加一次转换增殖燃料，不需要开展后处理，杜绝了核扩散的风险。如果行波堆能够变成现实，不但阻碍核能发展的核心问题化为乌有，困扰人类多年的能源问题亦能同时得到解决。

比尔盖茨是个好推销员

2006年，在评估了所有已在理论上被研究和讨论过的核反应堆类型后，比尔˙盖茨选择了行波堆，并创立了泰拉能源公司来发展这项技术。

泰拉能源首席执行官、美国应用物理学家季约翰认为，行波堆概念很有潜力，但不是很快能够实现的。泰拉能源的任务是开展严谨的技术和工程开发，把行波堆的概念完善到一定程度，然后由大型核能企业继续做商业开发。

2010年，比尔˙盖茨接受麻省理工《科技创业》杂志采访时表示，泰拉能源公司不计划自己筹钱建造行波堆，“会与一些国家和大型公司合作来建造”。他认为，在亚洲建造行波堆的可能性要比北美或者欧洲地区更高。在世界核能新建电站中，中国占据了40%的领先地位，他“相信中国的核电项目将成为其他国家负责任地发展核电的一个榜样”。

2009年底，比尔˙盖茨开始了中国的行波堆推介之旅。在参观中核集团原子能院的实验快堆并发表主题演讲时，他提到，如果行波堆的梦想能够实现的话，美国现有的贫铀材料可以供一百座一百万千瓦的行波堆运行100年。

对核能发展来说，这是一个激动人心的数据。根据中国核电发展规划，到2020年，在运装机将达到5800万千瓦，届时铀资源战略储备和乏燃料安全管理都将面临很大挑战。如果核能发展积累的贫铀和乏燃料能够作为行波堆的燃料，核能大规模可持续发展将不再是梦想。

快堆——原型行波堆——商业驻波堆

“行波堆（TWR）是泰拉能源公司对原位增殖焚烧快堆的称呼，现在开发的实际是驻波堆方案，这是行波堆概念结合工业技术可实现性的一个拓展。考虑到技术的延续性，泰拉公司当前的技术路线首先从金属燃料常规快堆方案出发，首先建成可进行测试实验的原型行波堆（TWR-P）。

通过在原型行波堆进行充分的试验和材料的辐照测试，逐步进行技术积累，最终实现商业驻波堆（TWR-C）的型号研发并推广。但是，由于目前行波堆的部分关键系统与设备的成熟度较低，仍存在一系列严峻的技术挑战，尤其是商业行波堆燃料材料的技术开发与测试验证存在较大技术风险。”原子能院行波堆中美合作项目技术负责人喻宏介绍。

在泰拉能源的计划表上，2015年-2025年为原型堆的设计、研发和建造阶段，在完成原型堆的设计后，在其建造、调试和早期运行期间，将完成商用行波堆的详细设计和策划。

为了提高行波堆的现实可行性，泰拉能源将行波的概念与钠冷快堆相结合，提出了点火区与增殖区组件倒料的策略，在充分利用已经相对比较成熟的快堆技术的基础上，通过在布料和倒料策略上的优化，以实现行波并提高燃料利用率。

目前泰拉能源和中核集团准备合作研发的600MW的原型堆TWR-P，实质上是一种有倒料操作的金属燃料钠冷快堆。

行波堆与传统钠冷快堆有很多共性技术，很多系统、设备，包括用钠，都是相通的，不同的在于堆芯和燃料。行波堆与普通钠冷快堆最大的差别在于核燃料在堆内需要经历数十年的辐照，因此其核燃料在堆内的服役性能研究就显得尤其重要。

在2015年4月举行的行波堆联合技术评估专家审查会上，泰拉能源透露，他们已经通过美国爱德华国家实验室、法国阿海玛、美国韦里迪安公司完成了行波堆燃料测试组件的设计、加工、燃料棒束的流量试验，在俄罗斯BOR60正在进行材料辐照测试。

行波堆知识产权有中国一份

由于在快堆技术方面的优势，泰拉能源选择了中核作为合作伙伴。

不同于引进项目，中美拟在行波堆领域开展的合作，是中美两大国在高科技领域的联合开发工作，计划由中美双方共同出资金、出技术、出人才，完成从科研到工程阶段的技术研发和设计，共享知识产权。在此基础上，完成原型堆项目的工程建设，和未来面向全球的商业化推广。

2015年8月底，中核集团组织的行波堆独立技术评估报告专家评审会上，专家认为：行波堆技术是提高铀资源利用率实现核能可持续发展的可选堆型，美方提出的原型堆—商业堆的技术路线是合理可行的。与美方开展行波堆合作符合中国及中核集团的核能发展战略方向，与目前中国开展的快堆技术路线可以相辅相成、相互促进，有利于促进核能产业技术升级和可持续发展。

专家们指出了金属燃料快堆燃料的先进形式和发展方向。通过国际合作开展金属燃料快堆研发、关键设备研制和原型堆项目建设有助于加快以传统快堆为主的第二步核能战略的实现，缩短战略进程。

除此之外，由于行波堆的防核扩散性，与其他先进核能系统相比，行波堆是中核集团和泰拉能源一起打造的、最有可能向第三世界国家推广的核电项目，具有重要的商业价值。

如今，泰拉能源公司目前已完成原型行波堆堆芯的部分概念设计，正在计划进入工程设计阶段，有望在2023年前成功建造行波反应堆的原型堆。

比尔˙盖茨现场答疑时间：

问：相比其他核能技术，行波堆的优势体现在什么方面？

答：行波堆其实是用一种更简单的方式来运用核能源，也就是主要运用贫铀以及钚。在这其中，行波堆的成本是比较低的，而效率却会极大地提高，这样一个能源的循环过程，能够实现我们对能源的需求，这就是我们同传统的核能进行比较，得出来的行波堆的一个优势。

问：怎么说服当地居民在驻地附近建设核电站？

答：在美国我们当然也有这样的一种说法，就是我们不希望核电站建在住所的附近，虽然我们知道核电站是一个好东西，但就是不想它建设在我家附近。所以这样一种安全的技术要得到成功的部署，我们必须要有一些好的方法手段去推广它，必须要为民众注入信心，让他们对核能的安全性保持一个高度的信心，这是一个非常严峻的挑战，要确保不会出现核辐射的问题，保证核安全，但是同时也要保障充足的能源供应。

我们目前唯一的答案就是进行核电厂的安全设计，必须要各方进行充分的交流和反馈。我们要将各种不同的解决办法进行对比，看一看哪种解决办法的负面影响最小。

问：目前，中核集团与泰拉能源公司正在就行波堆等方面进行合作，您如何评价这支合作团队？

答：中核集团是我们非常好的合作伙伴，目前，我们的工作都在推进中。我们也希望能够建立一个合资公司，将中国的相关科学家、工程师汇聚于此，致力于打造一个世界上最佳的团队。

在项目试点地区、选址地区的实地考察方面，我们也在进行合作，同时也会就快堆以及相应的核反应堆方面进行细致的学术研讨。

问：目前，在中核集团与泰拉能源公司的合作过程中，您最关心的是什么问题？

答：我现在最关心的是三方合作伙伴的建立，包括泰拉能源公司与中核集团之间的伙伴关系，以及除此之外的第三方（比如政府方面）合作伙伴关系如何建立。