美核管会发布核聚变能系统监管白皮书

美国核管会（NRC）2022 年9 月发布《核聚变能系统的许可和监管白皮书》（草案），介绍了核管会为建设聚变能系统监管框架开展的工作及相关成果，并提出了三种监管方案，以供未来的进一步工作参考。

1 基本背景

近年来，受益于长期研究的积累及相关科学技术的进步，聚变技术研发不断取得突破，并在全球范围内迎来一波研发热潮。根据聚变产业协会（FIA）最新发布的《2022 年全球聚变产业报告》，目前全球有30 多家私营企业（详见图1）正在开展约20 种聚变技术研究，多家企业有望在本世纪20 年代中后期完成其聚变技术的概念验证，包括实现净能量收益，并且许多企业计划在30 年代实现聚变技术的商业化部署（详见图2）。美国政府2022 年3 月在白宫联合举办首届聚变峰会，宣布未来十年是聚变能发展的关键期，将领导相关各方制订和实施聚变能发展战略，加速这一清洁能源技术的商业化进程。但是，许多企业表示，聚变能商业化进程面临着一项重要挑战，即监管不确定性。

美国2019 年《核能创新和现代化法》要求核管会在2027 年12 月31 日之前完成相关法规的制定，建立一个具有技术包容性的监管框架，推进先进反应堆的研发和部署。先进反应堆包括裂变堆和聚变堆。

核管会在2020 年10 月的一份工作文件中要求工作人员就聚变能系统的许可和监管事项制订方案，以供参考。随后，相关工作人员启动了聚变技术潜在风险评估和监管框架研究工作。

图2 私营聚变技术开发企业对聚变技术发展前景的预测结果

2 风险评估结果

白皮书表示，虽然聚变技术的发展仍然面临不确定性，但近期的技术突破有望支持聚变技术在本世纪30 年代实现商业化应用。

相对于裂变技术，聚变技术具有五点优势。一是不需要可用于制造核武器的钚和铀-235等核材料，不会发生自持式链式反应。二是不会产生需要在地质处置前进行冷却的长寿命高放废物，聚变能系统产生的废物大多为低放废物。三是系统发生泄漏后，聚变反应会立即停止，因为这种反应需要在真空环境中对等离子体进行持续加热和约束。四是系统内部处于真空，在泄漏发生时，外部空气进入系统的速度将快于聚变燃料和聚变反应产物向外逃逸的速度，因此系统在泄漏初期时的泄漏量较少。五是一些研究表明，即使完全丧失能动冷却系统，设备结构件也不会熔化。

总体而言，聚变能系统的风险水平比现有大型轻水堆低得多。聚变能系统的主要放射性危害来自于其拥有的放射性材料以及在运行期间产生的放射性。因此，限制放射性材料（例如氚和活化材料）数量和屏蔽放射性（例如γ 射线和中子射线）是保护公众健康与安全的重点关注领域。

3 三种监管框架

在对相关技术、监管和法律因素进行全面考虑之后，白皮书就聚变能系统建议了三种监管框架。

一是在“应用设施”框架下监管聚变能系统。如果采用这一方案，则可以认为聚变能系统与先进裂变堆一样，对共同防御和安全有重要意义，或会影响公众健康和安全。这一方案的优点是核管会正在以技术包容、风险指引和基于性能的方式制定先进裂变堆监管框架。如果这一框架能适用于聚变能系统，则能大幅减少相关的法规制定工作。不足之处在于聚变能系统的风险低于先进裂变堆，两者适用同一框架，聚变能的相关优势不能得到充分体现。

二是在“副产物设施”框架下监管聚变能系统。这一框架具有可扩展性，目前用于对从低风险（如便携式仪表）到高风险（如全景辐照器）的各种设施和设备进行监管。这一方案的优点是能够为聚变能系统的许可和监督提供可扩展的技术中立框架，有利于聚变能系统尽早实现部署。不足之处在于：随着聚变技术的发展，可能会出现规模更大、危险性更高的聚变能设施，因此未来会需要针对性地开展大量法规制定工作。

三是前两种方案的某种组合，即针对聚变能设施的具体潜在危害，综合采用上述两种框架。这一方案的优点是：提供了一种分级方法，能够涵盖所有潜在的聚变技术，确保对具有更大危害的聚变能系统适用“应用设施”监管框架。不足之处在于：正在开发的核聚变技术种类繁多，很难制定决策标准，这可能会导致监管体系变得更加复杂，使聚变能的商业化在短期内面临监管不确定性。

4 小结

聚变能被视为终极能源，能够帮助人类摆脱对化石燃料的依赖、进入全新的能源时代。但实现聚变能的商业化应用需要解决大量技术和工程难题，被美国国家工程院评为人类在21 世纪面临的14 大科技挑战之一。近年来，随着科技的持续发展，聚变技术不断取得突破。许多企业认为，在21 世纪30 年代实现聚变能商业应用是一个可以实现的目标。美国政府认为未来十年是聚变能发展的关键期，因此政府将推动相关各方加强合作，形成合力，共同推进聚变能的商业化进程。

全球主要国家的现有核监管框架主要基于大型轻水堆的建设和运营经验，不适于聚变这种尚处于研究阶段的新兴技术。因此，聚变技术商业化过程中面临的一项重要挑战是监管方面的不确定性。为了帮助技术开发商应对这一挑战，美国核管会已启动聚变技术监管框架的研究工作，并取得初步成果。