大规模新能源的发展，除了碰到许多技术问题外，还会碰到两个策略上的问题——财政的持续支持及公众的赞同。第一个问题，我是指需要大型企业年复一年的赞助，但产生的效果总比预期的要小——这种赞助能否持续到达既定目标呢？第二，是公众对新能源的态度问题。裂变反应堆的核动力技术就碰到了这两个问题，我想写出这方面的经验教训，以期核聚变为基础的核动力技术在解决这两个问题时能更慎重些。

核裂变与能源危机

1938年发现铀核裂变时，未必有人意识到这一发现对能源问题的解决会有怎样的影响。二次大战前夕，人们想到的只是炸弹，而不是能源。

从O · 哈恩及F · 斯特拉斯曼发现核裂变到E · 费米建成第一个反应堆，历时不到四年。（我还记得，直到1942年第一个证明可获得大于1的增殖比的有决定意义的试验为止，人们一直怀疑这种可能性。）原子能在意想不到的短时间内深入人们的生活。

值得重视的是，由于这一发明天才的闪光，注意力适时地转移到了未来的动力技术。按美国原子能委员会要求在1953年进行的研究过程中，P · 帕特纳曾指出，到2050年，人类合理水平上的能源需求为7万夸特（夸特=1018焦耳），超过探明的石油和天然气储量好几倍。理所当然，他的报告推动了对各种矿物燃料代用品的探索，特别是推动了原子能及太阳能动力技术的发展。

理想与现实

遗憾的是，1943年以后，世界的发展并不像我们预料的那样简单。与预期相反，核动力技术并没有成为灵丹妙药。那么我们的疏漏在哪里呢？

首先，大多数工业发达国家的能源消费显著降低了。在70年代，许多动力技术研究者曾确信，就世界范围来说，能源消费与国民生产总值的比是不变的，据此，人们曾期待能源消费将有巨大的增长。然而，在美国，能源消费的年增长量与国民生产总值的比由1.4（1966至1970年期间）降至0.2（1980年至1985年期间），而1986年能源消费仅与1973年相当！其他国家也大抵如此：人类已学会更有效地使用能源了。同时，电力的生产与国民生产总值的比却似乎保持不变——电力生产随国民生产总值相应增长。能源消费整体上几乎没有增长，这就意味着电力在一次能源生产中占有愈来愈大的比重。在美国，1968年有18%的一次能源被转化为电能，而目前已上升为36%（尽管同期电力所占比例的增长速度从每年7%降至2%）。全球各地电力生产方面均有类似的变化。这一切均证明，列宁关于电气化巨大意义的著名论述至少部分是正确的。

60年代时关于到2000年美国核电站总功率将达到7亿千瓦左右的狂热预言不会应验了。届时，美国预期将仅有总功率约1.17亿千瓦的120个反应堆，全球将仅拥有总功率约4亿千瓦的550个反应堆。核时生产增长速度的降低，首先是由于核电站交付使用的速度降低了。而舆论界对建设核电站的极端不满（在发生三里岛及切尔诺贝利事故以居尤甚）则是重要的因素。

回首往事，应该承认，我们这些核物理学家理应能预察到这种变化。大战期间，在创建了第一个反应堆的芝加哥大学冶金试验室的一次工作会议上，费米不仅谈到了发现新能源的意义，还谈到了大规模利用核裂变时大量形成的放射性废料问题的复杂性，而且，他对舆论关于这一对人类全新的危险性的反应深感忧虑。大战结束后数年，科南特博士坚持认为，核动力工程得不偿失，因为找不到解决放射性废料的满意方法。

我想谈一下关于反应堆安全性的争论，把自己关于这一问题的回忆告诉大家。从一开始我们就知道，摆在我们面前难以解决的技术问题，是电功率为100万千瓦的反应堆中的1010居里的放射性。1942年我接受的第一个任务，便是帮助 E · 泰勒评估像我们在橡树岭建立的那种气冷石墨反应堆中形成的放射性14C的量。如按今日的经验看，那时候我们关于反应堆安全性的概念还是相当原始的。

一度我的主要任务是帮助U · 维格纳制订用以生产钚的汉福德反应堆的物理方案。反应堆参数的选择，取决于体系中能够维持链式反应（即增殖比大于1）的要求。这种选择强烈地受限于我们当时使用的可裂变同位素很贫乏的天然铀、未最终净化的石墨，以及能吸收中子的水（冷却剂）和铝（外壳）。特别是，我们选择了使反应堆所需铀量为最小的一种栅格常数（石墨与轴的体积比）。因而装置显现出冷却剂相对损失不稳定——一旦水漏出冷却管，瞬发中子就会使反应堆功率急剧上升——只是在这种限制下，我们才对正空穴系数无能为力。

按维格纳计划在汉福德建造反应堆的“杜邦”公司提供过针对这种不稳定性的稳定技术手段。在每一冷却管道入口处设置限流阀，这样在每一阀上的压力降比整个管道本身内的压力降还要大得多。如果在阀后管中某处开始沸腾，通过它的总流量或许就不会有显著变化，这样，所谓“沸腾病”或许就不会导致整个管道的失水，因而就不会最终使管道中的燃料熔化。

但是，水由很多管道同时泄漏，瞬发中子会使反应堆功率失控的情况，从来没有讨论过。只是在汉福德出现了代替原来反应堆的所谓N反应堆时，才在核装置设计原理中引进负空穴系数的条件（但为此必须使用我们在战争期间不易取得的稍浓铀）。简言之，那时我才意识到，当设计第一个裂变反应堆时，我们的主要关心根本不在内在安全性方面。

以目前约占全部核能85%功率的压水反应堆为例，可充分说明安全观念的增强是很慢的。还是在大战期间，U. 维格纳曾要求我研究使用各种慢化剂——普通水（轻水）、重水、铍、氧化铍以及石墨——的反应堆的核物理特性（第一个轻水栅格是由R. 克里斯季和我在1942年完成的）。因此，我们小组（特别是与F. 默里）早就讨论了用水作动力反应堆慢化剂的想法。1944~1945年，在橡树岭我们首次进行了轻水反应堆的计算，如用水作慢化剂，则为保持链反应，铀仅需作很少量的浓缩。

后来，1946年时还在橡树岭的海军上将里科弗（当时还是舰长）参与其事。他的目的是制造核潜艇。在橡树岭提出了以加压的普通水既作为慢化剂，又作为冷却剂（这个想法，是海军科学研究实验室的P. 艾贝尔森和R. 高恩首先提出来的）——不过是因为水中慢化长度共6厘米，反应堆尺寸较小，为潜水艇所必需。

要注意，像在汉福德一样，这里内在安全性也不是讨论的主题。对战时装备来说或许不无道理——其人员成天经受着的危险要比反应堆事故所引起的危险大得多。

原来为潜水艇制造的轻水反应堆“登陆”成为一种主要的动力反应堆，令人瞩目。该成就是技术设计和发明才干的胜利。首先应该指出由现代轻水反应堆结构确保的可靠性的异常增长——目前，现有的这类装置中，活性区熔化的几率为每个反应堆每年10-4数量级，在有些结构中几率可能还要小（为前者的1/20）。

我以为，尽管最初轻水反应堆的选择并不是从安全性出发，而是从紧凑性出发，但目前可靠性却有了非常显著的增长。虽然如此，英国公共卫生机关还是建议国内这种反应堆不得超过100个，这是按活性区熔化事故的容许总几率每年不大于10-3~10-4来确定的。然而，如果全世界建成5000个反应堆，每个反应堆活性区熔化几率不超过每年10-5则此类事故的总几率为每年5×10-2；即使每个反应堆活性区熔化几率为每年10-6，事故的总几率依然达每年5×10-3，这似乎过大了一点。

现代核反应堆足够安全吗？

对这个问题，见仁见智，各人有不同的回答。但我可断言，只有公众，而不是某些专家，才能作出最终的答案。在欧洲一些国家，首先是瑞典、奥地利，以至意大利等国家，看来舆论确认，反应堆安全性还不够。在美国情况尚不明朗。Сиьрука和шорем虽然建起了反应堆，但由于当地居民反对，均未投入运转；尤其在切尔诺贝利事故以后，许多人反对在他们的居住区附近建造核电站。

我想，发展新一代的裂变反应堆，首先要使那些能清晰地陈述自己立场、对核动力技术舆论方面能施加很大影响的怀疑派接受。我们的反应堆应该做到：不仅使那些相信核动力技术的人认为足够安全，而且要使持怀疑态度的人们也认为足够安全。

能办到吗？如果在十年以前，我的回答是否定的。活性区中109居里的放射强度和剩余放热20万千瓦，要设想具有内在安全性的反应堆，几乎是不现实的。但近年来情况发生了根本变化。现在可以这样说，“内在安全性”不再只是停留在核工程技术人员口头上的术语了。

要达到内在安全，途径有二。第一，不断地改善现有的轻水反应堆。在建造反应堆“СайзуэллБ”时，即采用这一办法，计划在日本建造的用加压的水及用沸水的改良反应堆也将采用这一办法。在这些设计中规定了许多附加的、多次重复的安全装置；设计者估计，借此活性区熔化的几率至少可降低100倍。这种改善多借采用新的、高效的、发生事故时开动的安全装置来达到，但也可利用某些保证安全的内部性质或钝性。

按第二个途径，要建造这样的反应堆，其安全性与其说取决于发生故障时及时有效的干预，毋宁说是取决于其结构本身内部的钝性。在三里岛及切尔诺贝利事故以后，至少对四个具有内在安全性的反应堆的设计进行了认真的剖析。其中两个为轻水堆：苏联用于核热站（ACT）的用沸水的水柜式反应堆和瑞典的PIUS反应堆。第三个是用液体金属冷却剂和金属燃料的快中子模式反应堆。第四个则是用气体冷却剂的模式高温反应堆（MBTΓP）。

PIUS反应堆，是借装入盛满硼酸水的巨大容器中确保其安全的。用两个液压阀——分别安在反应堆上部和下部——把硼酸水与作为冷却剂的纯水分开。当反应堆工作正常时，静水力与流体动力使阀保持关闭状态，而一旦出现与设计冷却状态有偏离时（亦即水发生沸腾时），阀即打开，硼酸水即可进入活性区。硼即可中止铀裂变的链式反应，而容器中反应堆周围的水足以导走在一星期或更长时间内放出的热量。

模式高温反应堆是以氦为冷却剂、石墨为中子慢化剂的小反应堆。其安全性有赖于直径500微米左右、由压合碳化硅和石墨碎屑组成的密闭外壳包裹的铀燃料细小球粒。这样，每颗铀粒都包在它自己的外壳里。试验表明，即使温度升至1600°C，这种精细的压合外壳也能阻留住裂变产物。为使在任何情况下都不超过这一温度，反应堆造成圆柱形，其热功率不超过30万千瓦。较低的功率，加上表面积较大，就可借自然对流消除由活性区放出的余热，这样，即使全部有效冷却系统均发生故障，燃料温度也不致达到1600°C。

核聚变可以借鉴的经验

回顾50年的实践，我相信，如果我们过去做好了两件事——第一，在一开始就宣布设计动力反应堆的内在安全性原则，第二，30年来，一贯地掩埋好，而不是暂时地保存放射性废料，那么，我们或许能够避免目前的困难。然而由〒匆忙，这两件事基本上都没有做。发现核裂变——第一个费米反应堆——汉福德反应堆——“舡鱼”潜水艇上的反应堆——希平港反应堆（功率为6万千瓦）——现今功率为100万千瓦的庞然大物[2]，分别经过了4年、2年、7年、3年和10年的时间。至少我们意识到：虽然30年似乎是很长的时间，但对于发展新能源来说，可不算怎么长。我们还没有来得及完全吸取小规模试验的经验教训，就扩大规模至10倍或更大，从而铸成严重的困难，这在美国更为突出。

但在某种意义上说，核动力技术又不能不发展得这么快。在宇宙开发计划出现以前，核动力技术是全球代价最高的科研计划之一。为此每年要耗资数十亿美元，这就对科学工作者造成了巨大的压力，他们必须以愈来愈新的成绩表明，继续给予核动力技术计划以财政支持是合理的。核动力技术自我陶醉于不断取得的成功中，直到发生三里岛、切尔诺贝利事故并招致舆论不满以后，才使人们清醒过来。

谁也不认为磁约束及惰性约束的核聚变或以只介子催化为基础的核聚变的研究进展会过快。相反，按我的看法，从事这方面研究的大多数学者大概都会考虑到，就该领域的科学进展速度而言，全世界在这方面每年耗资10~15亿美元是值得的。

我曾向从事建造快中子反应堆及搞热核聚变的专家们建议，要使公众在一定程度上注意到取之不尽的能源这一问题的重要性。我们必须始终不懈地说明：对开拓新能源来说，50年时间不算太长，目前动力丰裕的状况不会长期保持，世界还要继续进行“电气化”，需要有长远前景的能源，不希望温室效应和酸雨，等等。简言之，如果现在认为开发宇宙是人类长期研究规划的一部分的话，则寻求不用燃烧有机燃料的能源，也应看作这一规划的组成部分。

而在舆论方面，目前的核动力技术有不少足资核聚变借鉴。虽然热核反应堆较裂变反应堆“洁净”些，但依然没有摆脱放射性——在氚的磁约束热核反应堆中含108居里，在混合反应堆中含数十亿居里，而以μ介子催化为基础的反应堆的放射性强度目前还不清楚。因此我认为，必须发展具有内在安全性的核聚变反应堆，这种反应堆较小，且使用的是不易被中子活化的材料，因此可避免熔化。在中间催化反应堆中，则应对μ介子催化的聚变量与温度的正相关性加以注意。

我们从事核裂变的非常走运：这方面的物理原理已极为平常，必需的技术一向发展神速，截至1990年，核动力工程供应了全世界10%以上的能源消费。但进展如此迅速，以致我们忽视了费米的警告。我们曾认为，既然我们核工程技术人员完全能接受核动力技术，那么公众也就会接受。现在试图借具有内在安全性的反应堆以及解决放射性废料的埋藏问题这一延误了的尝试来改善局面，但能否奏效还完全没有把握。我希望，挖热核聚变的同事们能吸取这一明显的教训，在选择战略上避免犯雷同的错误。如果一种新能源在技术方面比核裂变还要复杂得多，则最终将遭破产，这倒不是因为技术上没有办法，而是因为会招致公众的疑虑，从而政府就会中止对其发展的支持，这将是真正的悲剧。

[Πрuро?α，1990，No6]

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[1] 美国国家科学院院士A。温伯格，1955年始，任橡树岭国家实验室主任。他与U·维格纳合著的《核反应堆物理原理》（1958），成为一代反应堆工程技术人员必读的经典著作。他曾任美国核协会主席。由于他在发展核动力技术方面的杰出贡献，曾获赫茨、费米“和平核能”奖。

[2] 译注：目前世界上最大的核电站功率为400万千瓦。