日本核能發展起步早，積累了豐富的技術經驗。日本十分重視核能的發展，在福島核事故后并未放棄發展核能，出于能源安全和減少二氧化碳排放等方面的需求，日本經濟產業省設定了2030 年核電占全國總發電量 20%~22% 的電力結構目標。目前，商用核電站的重啟工作徐徐展開，迄今已有 9 座商用核反應堆獲得重啟。福島第一核電站的退役工作也基于福島退役中長期路線圖穩步進行。在今后發展堆型的選擇中，日本聚焦快堆和高溫氣冷堆等先進堆型，也在根據國際的發展形勢制定靈活的發展戰略。此外，在核技術應用中，日本核醫學領域發展迅速，經濟規模不斷擴大。通過對福島核事故后日本核能發展多角度多方位的調研分析，可以充分了解后福島時代日本核能發展態勢，為我國核電事業發展以及今后的戰略規劃提供參考。

2011 年 3 月 11 日，日本發生里氏 9.0 級大地震，繼而引發海嘯，導致福島第一核電站電源喪失，1~3 號機組發生氫氣爆炸。福島核事故成為日本乃至世界核能產業發展的轉折點，影響了今后能源戰略走向。日本政府在福島核事故后并未放棄發展核能，而是致力于提高核能的安全性，聚焦快堆、高溫氣冷堆等先進堆型，并在核技術應用特別是醫學領域取得一定進展。

1 福島退役相關工作

1.1 福島第一核電站退役進展

如今距離福島核事故已過去 9 年，退役工作取得一定進展。

福島第一核電站的退役需要做好以下幾點工作：保持廠房的穩定性;減少輻射劑量和污染;從乏燃料池中取出燃料;清除熔化的燃料碎片;拆除設施以及放射性廢物的處理處置。

2019 年 12 月，日本政府第五次修訂福島退役中長期路線圖 [1]。路線圖將退役工作分成三個階段。第一階段從 2011 年 12 月截至開始從乏燃料池中取出第一個機組的燃料，這一階段的主要目標是達成低溫停止狀態，并且抑制放射性物質的釋放;第二階段截至取出第一個機組的燃料碎片(退役開始 10 年以內，約 2021 年)，這一階段的主要目標是研究制定燃料碎片的取出方法;第三階段截至退役工程結束(退役開始 30~40 年， 約 2041—2051 年)。路線圖主要工程及時間節點如表 1 所示。

目前處于福島退役工作的第二階段。1 至 4 號機組全都處于低溫停止狀態。事故發生時沒有運轉的 4 號機組乏燃料池中的 1 535 根燃料棒已于2014 年底全部取出。發生堆芯熔化的 1 至 3 號機組乏燃料池中還貯存著一千多根燃料棒，其中，取出 3 號機組乏燃料池中燃料棒的計劃經多次推遲，已于 2019 年 4 月啟動。另外，日本原子能損害賠償和反應堆退役等支援機構公布的 2019 年版“反應堆退役戰略計劃”中指出，力爭 2021 年最先啟動 2 號機組的燃料碎片取出工作，暫時保管于核電站廠區內，提議采用干法貯存方式。

在退役作業中，取出 1~3 號機組反應堆安全殼內的大量熔落燃料碎片是最大難關。為此日本計劃對1、2 號機組進行反應堆安全殼內部調查工作，并計劃對沉積物進行取樣。

福島核電站事故發生后，由于反應堆損壞， 必須通過不斷注入冷卻水來防止反應堆過熱。這些持續注入的冷卻水與流入建筑物內的地下水和雨水等混在一起，使得建筑物內不斷產生新的污染水。在污染水處理對策下，雖然每天污水的產生量減少了，但是水箱的儲量不斷增加，根據東京電力公司網站 2020 年 4 月 23 日發布的數據，處理后的污染水儲藏量已經達到了 120.1 萬 m3(從水位計的測定下限值到儲存罐底部的水儲存量)， 現場儲罐數 1 016 個 [2]。雖然計劃到 2020 年末建設 137 萬 m3 儲水箱，但適合建設的用地也已面臨極限，預計將在 2022 年夏到達極限。因此，日本迫切需要盡快尋求解決方案。日本經濟產業省資源能源廳下設特別小組討論出以下 5 種方案：

(1)地層注入;(2)海洋排放;(3)水蒸氣排放;(4)氫氣排放;(5)地下掩埋。并認為從技術水平和操作實際來看，比較現實的方法是海洋排放和水蒸氣排放。從日本國內的實際業績和排放設備處理的難度等來看，海洋排放更加可靠。

1.2 退役國際共同研究中心

日本原子能研究開發機構(JAEA)退役國際共同研究中心(CLADS)于 2015 年 4 月設立，旨在集結世界英才的智慧，產學官協作推進福島退役相關研究和人才培養工作，并在福島縣富岡町建造了“國際聯合研究大樓”作為工作的中心基地，于2017 年 4 月開始運營。

退役國際共同研究中心主要設立以下 4 個部門：退役潛在風險研究部門，主要負責燃料碎片行為分析的研究與開發、放射性微粒的行為分析、特定環境下腐蝕機理分析、氫能安全工程研發;燃料碎片表征和堆芯狀況評估部門，主要負責事故進展和退化模型的研發、裂變產物化學和燃料碎片表征的研發、劑量評估與材料衡算的研發;廢物管理部門，主要負責收集各種廢物的物理 / 化學數據、固體放射性廢物處理處置的研發;遠程系統和傳感技術部門，主要負責輻射成像和 3D 可視化技術的研發、各種分析技術的研發。

2 日本核電政策及現狀

2.1 日本核電政策

福島核事故后，日本政府并未放棄核電。日本重視核電發展主要出于以下兩方面考慮：第一，能源安全。日本的自然能源資源非常匱乏，80% 以上的能源需要進口，其中大部分原油是從中東進口的;第二，減少二氧化碳排放。減緩全球變暖是目前面臨的重要問題。日本政府承諾將有效控制并降低溫室氣體排放量，力爭 2030 年比 2013 年減排26%，到 2050 年削減 80%。

日本政府官方發布的文件中亦支持核電的發展。日本原子能委員會于 2017 年 7 月通過的“日本核能利用基本觀點”中指出：核能在解決全球變暖問題的同時，為國民生活和經濟活動供給穩定低廉的能源，可以提高國民生活質量并強化國家競爭力。另外， 以現有的技術，在確保安全的前提下利用核能是十分有力的選擇 [3]。日本內閣會議于 2018 年 7 月通過的“日本能源基本計劃”中指出，核電是確保能源長期穩定供給的重要基荷電力。核能發電在 2030 財年能源供電構成中維持 20%~22% 的占比 [4]。

2.2 日本核電現狀

截至 2011 年 3 月 11 日，日本運行的商用核電機組共 54 座，核電約占全國發電量的 30%，但由于福島核事故，日本核電受到重創，國內核電站曾一度全部停運。目前僅有 9 座核電機組通過新安全標準獲得重啟，福島核事故后決定退役的機組達到21 座 [5] 。

值得注意的是，獲批重啟的 9 座反應堆全部集中在日本的西部區域，且都為壓水堆(福島第一核電站為沸水堆)。與福島核電站同為沸水堆類型的柏崎刈羽核電站 6、7 號機組和東海第二核電站雖已通過新安全標準審查，但由于福島的陰影，得到當地居民和自治體的同意并不容易，重啟工作困難重重。

日本大部分的核電站已快達到 40 年的壽期， 如果不能延壽將面臨退役。此外沒有達到壽期的核電站也因新安全標準規定的高昂成本問題以及重啟的不確定性而選擇退役。

日本核電發電份額在 2010 年度為 25.1%、2011 年度為 9.3%、2012 年度為 1.5%、2013 年度為 0.9%、2014 年度由于核電站全部停運降至 0， 之后，隨著核電站的重啟，2017 年度達到 3.1%。日本核電設備利用率在 2010 年度為 67.3%，2014 年度降至 0 后，至 2018 年度回升至 19.3%[6]。

截至 2019 年 1 月，日本核電裝機容量(3 804.2 萬千瓦)位列世界第四位，前三位依次為美國、法國和中國 [7]。

3 日本研究堆發展現狀

研究堆在核科技領域發展過程中起到了重要作用。日本迄今為止共建造了 28 座研究堆，但其中多數已經老化或是已完成其作用而面臨退役，目前預計繼續運行的研究堆共有 9 座。具體參數如表2 所示 [8]。

日本今后繼續運行的 9 座研究堆中，用于專門領域的研究堆共有 4 座：反應堆安全研究堆(NSRR)用于模擬反應性事故進行燃料安全研究;穩態臨界實驗裝置(STACY)用于硝酸鈾溶液燃料的臨界安全研究;高溫工學試驗研究堆(HTTR)用于高溫氣冷堆的研發;實驗快堆“常陽”(JOYO)用于快堆的研發。

屬于臨界實驗裝置的研究堆，共有 3 座。臨界實驗裝置以反應堆物理實驗為主要目的，因為不需要冷卻系統，系統簡單，非常適合學生及核能從業人士等的進修培訓。

中子束利用型研究堆有 JRR-3 和 KUR，應用于中子散射、中子成像、硼中子俘獲治療(BNCT)等中子實驗技術創新產業。

由于輻照利用型研究堆 JMTR 已確定退役，而JRR-3 和 KUR 雖然具有垂直實驗孔，但僅限于進行少數簡單的輻照試驗，并不能替代輻照用研究堆。

4 日本重點研發堆型

4.1 快堆

快中子增殖反應堆(簡稱“快堆”)可以提高鈾資源利用率，使放射性廢物最小化，是第四代先進核能系統(GIF)的優選堆型。日本快堆技術起步早，到目前為止已經自主建造、運行了實驗快堆“常陽”和原型快堆“文殊”，積累了豐富的技術經驗。福島核事故后，日本將重點放在提高快堆安全性等方面，雖然決定退役“文殊堆”，但依舊堅持核燃料循環政策，支持快堆發展。

4.1.1 實驗快堆“常陽”

實驗快堆“常陽”位于日本茨城縣大洗町，于1977 年首次達到臨界，是利用日本本國技術自行設計、建造的。它不僅作為實驗快堆，在鈉冷卻快堆基本性能的確認和運行維護經驗的積累、新技術的驗證等方面發揮了作用，而且作為快中子輻照堆， 實施了各種輻照試驗，對以原型快堆“文殊”為主的后續堆的開發做出了貢獻。

日本原子能研究開發機構已向日本原子能管制委員會(NRA)提交了重啟實驗快堆“常陽” 的新安全標準適應性審查申請。以 2021 年完成重啟工作為目標。在今后，“常陽”堆可以通過燃料、材料的輻照試驗推進高燃耗燃料及材料，高性能燃料，含有 MA 燃料、ODS 鋼等長壽命材料的研發， 強化快堆基礎技術，進一步提高安全性與經濟性 [9]。

4.1.2 原型快堆“文殊”

原型快堆“文殊”位于日本福井縣敦賀市，功率為 28 萬 kW，自 20 世紀 80 年代建造至宣布退役已耗資 10 410 億日元(其中建設費 5 886 億日元，運轉、維護費 4 524 億日元)。但由于發生鈉泄露事故以及換料裝置(IVTM)掉落事故，自 1994 年首次達到臨界開始僅運營了 250 天。日本政府在2016 年底正式宣布其退役。

“文殊”堆退役主要有以下兩方面原因：第一， 經費問題。日本政府投入了高昂的經費卻沒有得到相應回報，若要重啟“文殊”堆，需要應對新安全標準繼續投入巨額資金升級改造。第二，公眾信任。“文殊”堆管理不力，發生事故企圖瞞報，福島核事故后日本民眾“恐核”心理嚴重，因此重啟很難獲得國民支持。

“文殊”堆的退役也從另一方面展現了日本打算重整旗鼓的決心。文部科學省對“文殊”堆退役所需費用進行了估算，按照退役時間 30 年計算，退役所需總額至少約為 3 750 億日元 [10]。

4.1.3 日本今后快堆發展戰略

日本政府將“推進核燃料循環”作為基本方針，支持推進快堆的研發工作。核燃料循環由于可以做到高放廢物減容、減毒，使資源得到有效利用，因此被寄予厚望，而發展快堆能夠更好地實現這一目標。即使近期形勢發生了種種變化，日本發展快堆的決心并未改變。

基于日本原子能相關內閣會議于 2016 年 9 月21 日通過的“推進今后快堆開發的方法”，日本于 2016 年 10 月 7 日設立了“快堆開發委員會”，會議議長為經濟產業省大臣世耕弘成，成員為文部科學省大臣松野博一、日本原子能研究開發機構理事長兒玉敏雄、電氣事業聯合會會長勝野哲、三菱重工業股份有限公司董事長宮永俊一等快堆開發相關責任人。快堆開發委員會作為日本快堆開發的指揮部，于 2016 年 12 月 22 日制定出新的“快堆開發方針”[11]，該方針簡要總結了日本快堆開發的歷史經驗以及近年來核能形勢的變化，提出了今后日本快堆開發工作的目標，指出日本快堆開發應不斷獲取世界最高水平的技術經驗，研發高安全性與經濟性并存的快堆，努力實現其將來的商業化，并為制定快堆國際標準發揮積極的領導性作用。

2018 年 12 月，日本原子能相關內閣會議發布了日本快堆戰略路線圖 [12]，希望在本世紀下半葉實現快堆的商業運行。未來的工作將按照(1)促進競爭，嘗試各種想法(今后 5 年左右);(2)縮小范圍，鎖定技術重點(2024 年以后);(3)對今后的開發課題及工程進行探討這三個步驟推進研發。另外報告中也強調了未來快堆研發活動中民間資本驅動創新以及保持戰略靈活性的重要性。

4.2 高溫氣冷堆

高溫氣冷堆采用包覆顆粒燃料，用氦氣作冷卻劑，用石墨作慢化劑和結構材料，冷卻劑出口溫度可達 750~950℃。它產生的高溫不僅可提高發電效率，還能為氫氣還原煉鐵、石油或天然氣裂解、煤的氣化、氫燃料生產和海水淡化提供新途徑 [13]。

日本高溫工學試驗研究堆建設在日本原子能研究開發機構(JAEA)大洗研究所內，是世界上唯一的冷卻劑出口溫度能達到 950℃的高溫氣冷堆。日本高溫工學試驗研究堆自2014 年開始停堆， 等待新安全標準審核。日本高溫工學試驗研究堆相關參數見表 3[14]。

日本高溫氣冷堆開發有如下優勢：通過對高溫工學試驗研究堆的設計、制造、建設和運行積累了豐富的技術經驗;有著堆心安全設計、抗震技術、運行管理技術、應對新安全標準審查方面的經驗;掌握燃氣輪機、制氫技術等最先進的技術;與波蘭等國家進行國家合作，進行技術示范。日本對高溫氣冷堆有著較高的期待，希望依托先進的高溫氣冷堆技術經驗盡早實現商用化。

5 日本輻射應用概況

輻射可以應用于工業、農業、醫療等多個領域。日本亦十分重視輻射應用的發展。2017 年 8 月29 日，日本內閣府發布了《輻射應用經濟規模調查(2015 年度)》報告 [15]。

據調查結果顯示，工業、農業和醫療等輻射應用領域經濟規模約為 43 678 億日元，比上次調查(2005 年度)增加了約 2 561 億日元;但 2015 年度輻射應用領域整體約為 46 985 億日元，相比2005 年度的 88 500 億日元幾乎減半，這主要是受到福島核事故后停運的日本各地核電站遲遲無法重啟的影響。日本 2005 和 2015 年度的輻射應用調查結果對比如圖 1 所示。

日本在工業應用領域產值略有減少，這主要是由工業應用中占比最大的半導體加工方面的減少所致，但在工業應用中，醫療器械中的滅菌和診斷治療設備制造有所增加。農業應用領域與之前呈持平狀態，主要由于在農業應用中占比最大的水稻突變育種的橫向波動。醫學應用領域呈大幅增加態勢，主要由于醫科中的放射應用呈現大幅增加的趨勢。另外，CT、PET 的癌癥診斷和粒子束治療方面也略有增加。能源應用大幅減少，主要由于能源應用中占比最大的是核能發電，福島核事故日本核電站停運造成了很大影響。

6 對我國核能發展的啟示

(1)汲取福島核電站教訓，提高核能安全性。我國應完善核電站縱深防御體系，進一步增加安全裕量，防止嚴重事故的發生。另外還要加強對新型核電、核燃料技術方面的投入，包括研發新型耐事故燃料(ATF)，從技術方面提升抵抗嚴重事故的能力。核安全的監督管理審查工作亦不容松懈，要建立健全核安全法律和監管體系，并且提高應急響應能力。

(2)推進科學宣傳，恢復公眾信任。福島核事故引發核能信任危機，日本含氚廢水排放問題也成為各國關注焦點。尤其是作為日本鄰國的中國和韓國，更為擔憂其放射性會對周邊海域產生不良影響。我們應引導公眾科學正確地認識福島事故污水排放的性質和影響，消除不必要的焦慮。另外針對其含氚水中檢測出的碘 -129 等核素濃度超標問題也應進一步追蹤調研。另一方面，氚也是核電廠、后處理廠等設施排放量最大的放射性核素之一，應支持開展核素氚相關研究，包括生物影響和處理技術等，使得核設施流出物中的氚得到更為有效的處理。

(3)重點支持核電發展。福島核事故后，日本政府并未放棄發展核電，強調了核電在保障能源穩定供給以及抑制全球變暖方面的重要性，力爭2030 財年核電在能源供電構成比中達到 20%~22% 的占比。我國能源需求巨大，核電作為清潔能源，可有效促進節能減排，在大力推進能源結構轉型的背景下，核電發展前景廣闊。中國核能行業協會參與編制的《中國核能發展報告 2019》顯示，2018 年中國商運核電機組累計發電量為 2 865.11 億千瓦時，約占全國累計發電量的 4.22%。目前中國核電占比仍處于較低水平。因此，我國要繼續研究制定推動核電高質量發展的中長期計劃，加速重啟核電建設，強化自主創新能力，研發兼顧安全性和經濟性的核電技術，提升核電的綜合競爭力。

(4)強化研究堆的作用。要進一步重視研究

堆在核科技領域發展過程中起的重要作用。可以進一步強化研究堆在放射性同位素生產、培訓教育等方面的利用;擴大研究堆的應用范圍，實現一堆多用;向公眾開放，使公眾從小培養對核工業的興趣， 增強理解;推進利用研究堆進行國際合作等。

(5)關注先進堆型的發展。我國與日本一樣重視快堆和高溫氣冷堆的發展。在快堆方面，中國實施“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰略，中國實驗快堆于 2010 年首次臨界，2011 年并網發電，2014 年首次滿功率運行。中國示范快堆工程也于2017 年底開工建設，計劃于 2023 年建成投產。我們在快堆研發過程中，要吸取日本“文殊”堆失敗的教訓，保障設備設計的合理性，并制定明確計劃并且保障資金的合理利用。另外還要完善后處理體系，使之與快堆匹配發展。在高溫氣冷堆方面，日本重視核能制氫技術的研發，為建設“氫能社會” 提供良好的基礎。中國也應實施配套政策，加快核能制氫領域布局，增加科研投入，進一步提升安全性與經濟性。

(6)推動核技術應用產業發展。據相關數據顯示，日本和歐洲核技術應用年產值占其國民經濟總產值的比例為 2%~3%，而目前我國占比約為0.4%。近年來，我國核技術應用發展速度迅猛，年均增長率超過 20%。2015 年，產值達到了 3 000 億元，業內專家估計我國核技術應用產值有望在 2030 年突破萬億規模。日本近期尤其重視核醫學產業發展， 在粒子束治療方面，日本共有 23 座粒子線癌癥治療設施，其中包括 5 座重離子線治療設施、17 座質子治療設施、1 座兼備重離子和質子治療的設施。核醫學對人類健康有著重要貢獻，目前我國核醫療水平與發達國家差距較大，但從另一方面說明還有很大的發展潛力，要進一步提升核醫學診斷和治療技術的研發，包括進行小型化質子、重離子治療裝置的研制等，降低投入成本與維護費用，用先進的核醫學技術助力健康中國。

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