核科技信息
22008
中国原子能科学研究院主办
核科技信息
2008年第2期(总第92期)
2007-06-30
目次
·综述·
国际上核燃料循环多边方案及初步评估………………………………………………………………
(1)便携式高能质子发生器制备PET同位素的最新进展…………………………………………………(15)惯性静电约束核聚变研究现状…………………………………………………………………………(27) ·核电站与核反应堆· 革新核能系统的实现——开始出成果的文部科学省研究开发事业（续Ⅱ）Ⅲ．使用高强度脉冲中子源的革新反应堆用核数据的研究开发…………………………………(38) ·核技术应用· 食品辐照的有用性………………………………………………………………………………………(41)食品辐照的国际现状……………………………………………………………………………………(43)辐照食品检测技术现状…………………………………………………………………………………(48) ·简讯· 美国众议院取消GNEP的拨款…………………………………………………………………………(50)美国从英国撤出核武器…………………………………………………………………………………(50)美国EnergySolutions公司进口意大利放射性废物…………………………………………………(50)美国2007年能源补贴统计数据………………………………………………………………………(51)下一代核燃料因太热而无法处理………………………………………………………………………(51)美国和土耳其达成核能合作协议………………………………………………………………………(52)AREVA集团计划在美国爱达荷建造1座耗资20亿美元的铀浓缩厂…………………………………(52)英国NexiaSolutions公司发明放射性调查新技术…………………………………………………(52)英国新建核再循环工厂…………………………………………………………………………………(53)英国将为日本进行乏燃料后处理………………………………………………………………………(53)英国公布2007年核潜艇事故原因……………………………………………………………………(53)俄罗斯又关闭1座产钚堆………………………………………………………………………………(54)已有10吨俄罗斯高浓铀成功转化为低浓铀…………………………………………………………(54) 俄罗斯将在西部加里宁格勒建设核电站………………………………………………………………(54)俄罗斯可能为蒙古建设1座核电站……………………………………………………………………(55)苏联首艘核潜艇研制成功50周年……………………………………………………………………(55)俄罗斯可能会帮助英国处理退役核潜艇………………………………………………………………(55)法国Areva与日本核工业界签订31亿美元合同………………………………………………………(56)Areva将为日本高滨核电站供应MOX燃料……………………………………………………………(56)日本后处理厂位于地震带上……………………………………………………………………………(56)印度原型快堆建设到达里程碑…………………………………………………………………………(57)印度向美国出口重水……………………………………………………………………………………(57)铀稀缺困扰印度核电站…………………………………………………………………………………(57)印度将于2008年底发射月球初航……………………………………………………………………(58)巴基斯坦自印巴战争40年后首次公布国防预算计划………………………………………………(58)西班牙发生核泄漏………………………………………………………………………………………(59)最后一批乏燃料移出切尔诺贝利反应堆………………………………………………………………(50)澳大利亚未来铀工业产值将达170亿美元/年………………………………………………………(59)韩国从中亚购买2600吨铀……………………………………………………………………………(60)伊朗称将继续开展铀浓缩………………………………………………………………………………(60)4家外国公司有意向参与土耳其核电站竞标…………………………………………………………(60)发展中国家着眼于发展核电……………………………………………………………………………(61)哈萨克斯坦铀矿年产量将达4000吨…………………………………………………………………(61)越南立法批准使用民用核能……………………………………………………………………………(61) ·专利简讯· 专利简讯12项…………………………………………………………………………………………（62） 本期责任编辑王丽英 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 国际上核燃料循环多边方案及初步评估 顾忠茂 (中国原子能科学研究院，北京102413) 1引言 随着世界各国对能源需求的日益增长，越来越多的国家期望通过发展核能来确保长期的能源安全，减少温室气体的排放，改善环境质量。
预期在本世纪核能有可能在全球范围内得到较大发展。
另一方面，国际上核扩散的风险在不断增加，例如：伊朗核问题陷入僵局，朝核问题是否能从“去功能化”入手，最终实现半岛无核武化仍有悬念。
印度、巴基斯坦和以色列拒不参加核不扩散条约（NPT），且已成为事实上的核武器国家。
因此，有人认为NPT条约“不够充分”，还有人认为NPT条约“漏洞百出”。
面对核扩散风险上升的严峻形势，国际上有一种紧迫感，试图制定出一套新的游戏规则，寻求在全球核能扩大发展的形势下确保核不扩散机制权威性和可靠性的途径，从而强化NPT机制。
国际上曾有人主张，通过重新解释NPT条约有关获取核技术权利的条款，使非核武器国家接受部分放弃核技术的要求。
但多数非核武器国家不愿接受NPT条约的附加限制，从而使该途径难以走通。
另一种解决途径是，建立新的国际核燃料循环体系，它既能保证NPT条约所赋予的世界各国均有非歧视性地获得和平利用核能的合法权利，又能有效地防止民用核燃料循环中的高浓铀和分离钚(Pu)非法转用于军事目的，从而减小核扩散风险。
事实上，采用多国合作途径取代国家控制的铀浓缩、Pu分离或乏燃料处置的方式，曾 经在欧洲采用过，只是由于政治和经济理念的不同未能在欧洲之外实现。
近年来，国际上提出了一系列旨在实现上述目标的方案，其中最有影响力的为国际原子能机构（IAEA）的多边核能合作方案(MultilateralNuclearApproaches：MNA)、俄罗斯的“普京倡议”或全球核能基础结构倡议(GlobalNuclearPowerInfrastructure:GNPI)和美国的全球核能合作伙伴倡议（GlobalNuclearEnergyPartnership：GNEP）。
本文介绍上述三个倡议的出台背景、主要内容和近期进展，并试图剖析各倡议的主要特点，分析对我国核能发展可能产生的影响。
2IAEA的MNA简介 2.1MNA的历史背景和近期进展核能技术固有的军民两用性质，决定了在其 发展初期就面临两难处境，即如何在允许广泛和平利用核能的同时防止核武器能力的扩散。
所以，建立国际核燃料循环中心的设想由来已久。
早在二战刚结束后的1946年，美国犹太人
B.Baruch就提出了包括上述设想在内的所谓“Baruch计划”。
上世纪70～80年代，IAEA提出了若干有关核燃料循环中心的倡议，包括区域性核燃料循环中心（RegionalNuclearFuelCycleCenters:RFCC）、国际乏燃料管理集团、国际钚储存控制等。
近年来，事态的发展显示了进一步强化全球
1 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 核不扩散和裁军机制的必要性。
IAEA总干事巴拉迪提议，在现有核不扩散 机制下重新评估核燃料循环中敏感环节的加强国际控制，包括铀浓缩、后处理和乏燃料管理。
在2003年9月举行的IAEA大会上，巴拉迪重新提出议论了几十年的核燃料循环国际合作的设想，即MNA倡议。
在2004年6月举行的IAEA理事会上，巴拉迪宣布成立一个由23位成员组成的国际专家组，由前IAEA副总干事兼核保障处处长
B.Pelland先生任组长。
国际专家组工作的主要任务是，对核燃料循环的前段和后段可能采取的多边合作方式进行研究和评估，使之实现如下双重目标：①强化核不扩散机制；②使核能的和平利用具有更好的经济性和更大的吸引力。
2005年3月，IAEA专家组向总干事递交了研究报告。
在2006年9月IAEA大会期间，举行了核燃料供应保证和防扩散保证专题讨论活动。
2006年11月，IAEA总干事在理事会会议上表示，秘书处将编写一份概述可能的核燃料供应保证方案的报告，供成员国参考。
2007年6月21日，IAEA秘书处提交“总干事报告”，题为“建立可能的核能利用新型框架：核燃料供应保证的选择方案”。
IAEA秘书处认为，MNA框架应考虑核燃料循环的所有敏感环节，包括铀浓缩和后处理。
但多边核能框架的推进是一个渐进过程，目前首要关注的是确定低浓铀的供应保证。
IAEA秘书处注意到，在IAEA专家组的研究报告于2005年发表之后，国际上提出了围绕核燃料循环多边方案的许多不同的建议，包括：俄罗斯提出的GNPI倡议（2006年1月）、美国提出的GNEP倡议（2006年2月）、世界核协会提出的确保国际核燃料供应安全机制（2006年5月）、法国等6个铀浓缩服务供应国提出的可靠获得核燃料的多边机制概念（2006年6月）、日本建议的建立有助于防止核燃料供应中断的信息系统（2006年9月）。
“反对核威胁倡议”
2 国际理事会提出的向IAEA捐款建立IAEA低浓铀库存建议（2006年9月）、英国提出的浓缩契约(2006年9月）、俄罗斯提出的安加尔斯克国际铀浓缩中心（2007年1月）、德国提出的建立具有治外法权地位的多边铀浓缩中心建议（2007年5月）和奥地利提出的核燃料循环多边化建议（2007年5月）。
上述各种建议大多是以各种方式寻求提供低浓铀的供应保证。
IAEA秘书处认为，方案的多样性可以使燃料使用国根据其兴趣和需要选择合作方案，进而有可能增强向燃料使用国提供燃料供应的总体水平。
2.2MNA倡议的主要内容2.2.1IAEA专家组研究报告主要内容 2005年3月，IAEA专家组提交的研究报告认为，通过逐步引入MNA，可以实现下述双重目标：在确保全世界核燃料供应与服务的同时，提升民用核燃料循环的不扩散的保障水平。
MNA的要点如下：
(1)强化现有的商业市场机制：在个案基础上，签署长期合同和政府支持的透明供应商协议。
例如，商业燃料库、燃料租赁与（乏）燃料回取、为乏燃料储存和处置提供商业服务。
(2)发展与实施由IAEA参与的国际供应保证：可以研究不同的模式，特别是IAEA作为担保机构的模式（如作为燃料库的管理机构）。
(3)促使现有设施向MNA的自愿转移，并以此作为建立信心的措施：参加者包括NPT成员的非核武器国家、核武器国家以及非NPT国家。
(4)创建新设施的MNA：通过自愿协议和合同，建立多边（尤其是区域性）MNA。
对前段（如铀浓缩）和后段（如后处理、乏燃料储存与处置）核设施可以共同拥有、抽取权利或共同管理，一体化核电公司也可按这种方式进行服务。
(5)全世界核能进一步扩大的情景，可能要求发展具有强烈的多边合作（区域性的或洲的）特色的核燃料循环，也要求更广泛地包含IAEA和其它国际组织的合作。
核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 2.2.2IAEA总干事报告的主要内容如前所述，MNA框架涉及核燃料循环的所有 敏感环节，包括铀浓缩和后处理。
但是，这种包括了核燃料循环所有环节的多边核能合作将是一个十分复杂的框架，按照这一框架，要形成一个成熟的、可操作的多边核能合作方案，需要采取渐进的方式分阶段实施。
所以，作为启动MNA的切入点，IAEA总干事报告侧重于核燃料循环前段，特别是铀浓缩问题，期望在确保低浓铀供应的同时，防止铀浓缩技术的扩散。
IAEA总干事报告中提出了：①寻求低浓铀供应保证的可能框架，即三级安排框架；②有关供应保证的标准；③国际核燃料中心；④今后的步骤。
(1)三级安排框架一级安排：将通过现行全球核燃料供应市场安排予以提供。
当前铀浓缩市场以及铀转化和燃料制造市场的供需之间存在一种运作上的平衡。
二级安排：这是一种后备保证，它包括：①铀浓缩供应商提供的后备承诺：②拥有浓缩公司的政府作出的承诺；③拥有燃料制造商的政府作出的类似承诺。
对于低浓铀供应，在其中一个浓缩参与公司的供应被中断的情况下，将触发这种二级安排，事先谈妥的商业协议将要求其它所有浓缩参与公司以相等份额提供初始合同供应。
对于燃料组件供应，在触发二级安排的情况下，用户可在已经签订了承诺协议保证颁发出口和运输许可证的国家中寻求替代燃料制造商。
三级安排：这是在IAEA控制下的低浓铀最后储备和燃料制造协议。
这种最后储备可以是实物储备，也可以是虚拟储备，或是两者的结合。
实物储备将包括在一个或若干个不同场所储存的低浓铀，并订有在事先确定的标准得到满足的情况下确保低浓铀供应的协议。
虚拟储备将完全基于有关政府在预先确定的标准得到满足的情况下生产低浓铀或以其它方式提供低浓铀的承诺。
如果参与二级安排的任何浓缩公司或政府没有遵守其承诺，则将触发三级安排。
设想IAEA总干事将有责任和权利决定何时援用三级安排。
可以采取两种方式，即，或者是IAEA可以拥有实物或虚拟燃料库中的材料，或者是IAEA可以有充分权力利用燃料库中的材料。
鉴于燃料组件设计的多样性和持续改进，建立燃料组件实物库是不现实的。
但可采用一些防范燃料供应中断风险的办法，例如，确保每座反应堆都有若干燃料组件供应商，在反应堆场址始终保存一定数量的新燃料，在国内建设新的燃料制造能力。
应当指出，IAEA总干事报告中关于低浓铀供应的三级安排，与世界核协会2006年发布的报告中关于浓缩供应的三级安排基本相似，只是IAEA的三级安排范围更宽，除了浓缩铀之外，还包括铀转化和燃料元件制造。
很可能IAEA的三级安排是在世界核协会报告的基础上形成的。
(2)有关供应保证的标准对于在IAEA主持下的确保燃料供应的多边框架，秘书处提出了供理事会审议的下列标准：①供应中断必须是基于政治原因；②在供应保证框架下的需求国应具有一份生效的核保障监督协议，对提供的材料实施监督；③在最新的“保障监督执行情况报告”中，必须有需求国已申报材料未被转用的结论；④有关国家必须遵守理事会可能规定的诸如附加议定书之类的新的标准，并满足某些核安保和核安全的要求。
(3)国际核燃料中心国际核燃料中心在目前阶段将侧重于提供铀浓缩服务和低浓铀的供应保证。
可能有两种概念的中心，一是基于国家设施（如安加尔斯克铀浓缩中心），二是基于IAEA建立的设施。
对于前者，IAEA的作用主要是对核材料的释放作出决定；对于后者，IAEA的作用将扩大到铀浓缩厂的建设、运行和监督。
(4)今后的步骤秘书处可能会与感兴趣的IAEA成员国、工业界和其它利益相关者一道就上述可能框架进行磋商，制定有关供应保证的实施程序、标准和范本协定。
秘书处还可能与感兴趣的IAEA成员
3 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 国共同探讨建立可能的燃料储备和国际核燃料中心的问题。
此外，秘书处还将随时准备与感兴趣的IAEA成员国合作，进一步发展核燃料循环多边方案有关的现有建议和其它建议，包括核燃料和反应堆技术供应保证、乏燃料管理/处置和后处理/再循环。
3俄罗斯提出的GNPI倡议简介 3.1GNPI倡议背景近年来俄罗斯一直在积极推进在其境内储 存和后处理国外乏燃料的计划，俄罗斯杜马还以压例多数通过立法支持该项计划。
该计划试图建立能接收20000t乏燃料的储存设施，此举将为俄罗斯筹集200亿美元资金。
2001年7月，普京总统签署了同意进口乏燃料的法律，还设立了一个5人专门委员会，批准和审查乏燃料的接收。
但是，2006年6月，俄罗斯联邦原子能署(FAEA）宣称，将不就进口乏燃料问题进行谈判。
2006年1月25日，在俄罗斯圣彼得堡举行的欧亚经济联合委员会峰会上，俄罗斯总统普京提出了建立在IAEA监督下的国际核燃料服务中心的建议，即所谓“普京倡议”或GNPI倡议。
倡议包括：具有核燃料循环能力（尤其是铀浓缩和后处理等敏感技术）的国家向IAEA提供这些技术能力，建立若干国际中心；这些中心将有义务确保向放弃核燃料循环活动的国家提共非歧视性的燃料供应和燃料循环服务。
俄罗斯GNPI倡议的出台时间比美国GNEP倡议提前了12天，这也许不是一种巧合，而是反映了俄、美之间在争夺全球核燃料循环多边框架中领导地位的暗中角力。
众所周知，俄罗斯在进入本世纪以后一直在寻求推进以俄罗斯为主导的国际核燃料循环中心，包括在俄境内储存和后处理外国的乏燃料。
而美国在正式公布GNEP倡议之前的数月内，在国际上透露了其倡议的基本内容。
在此情况下，俄罗斯抢先公布GNPI倡议不足为怪。
4 3.2GNPI倡议的主要内容GNPI倡议是俄罗斯普京总统于2006年 1月25日在欧亚经济峰会上提出的。
普京总统说：“我们将安全保障视作一种多因素概念。
因此，俄罗斯试图扩大全球能源安全领域的合作。
”GNPI倡议的核心是发展全球核能基础设施，促进所有相关国家和地区平等获得核能，并保证严格遵守不扩散义务。
这种基础设施的关键可能是在IAEA控制下的国际性网络设施，提供包括铀浓缩和后处理在内的核燃料循环服务。
俄罗斯认为，有些国家以能源安全为理由发展本国的以铀浓缩和后处理为特色的闭式燃料循环，有可能产生核扩散风险；而G-8国家给别人获取民用核技术设置障碍的有关倡议，则被有些发展中国家视作侵犯了无核武器国家和平利用核能的合法权利，NPT条约的第IV款赋予了它们这种权利。
显然，现存的向发展中国家转让核技术方面的限制和为强化国际核保障而采取的措施，不能满足核不扩散的要求。
GNPI倡议的主要目标是，降低核扩散威胁，提高能源安全，确保在遵循核不扩散标准和承诺核不扩散义务的情况下，所有国家均能获得非歧视性的、有效的核能利益，包括核燃料和相关的服务。
普京倡议的另一个目标是，采用最先进技术，通过后处理和在国际快堆设施中再循环，及时解决乏燃料问题。
GNPI倡议实施战略分步推行，其第一步是，俄罗斯准备在其领土上建立一个国际铀浓缩合作中心，在IAEA的监督保障下为参与国提供铀浓缩服务。
这种合作计划的成功实施有可能在将来会扩展到所有环节，建立和运行包括乏燃料管理在内的国标核燃料循环服务设施。
GNPI倡议的进一步实施建议还包括：
(1)在开发具有创新性、防扩散性和固有安全性的反应堆及其燃料循环技术方面扩大国际合作，包括IAEA领导的创新型核反应堆和燃料循环国际合作项目(InternationalProjectonInnovativeNuclearReactorsandFuelCycles,INPRO)和美国领导的第4代核能系统国际论 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 坛(GenerationIVInternationalForum,GIF)。
这种合作可以是双边或多边的，包括建立专门的国际研究开发中心。
(2)发展核能安全领域的国际合作，包括为发展中国家发展核能经济建立国际培训中心。
4美国提出的GNEP倡议简介 4.1GNEP倡议出台的背景2006年2月6日，美国能源部发布了“全 球核能合作伙伴”（GNEP）倡议。
美国能源部声称，这是美国采取的一项新举措，旨在减小核扩散威胁的同时，扩大全球范围内对安全、洁净和经济的核能利用。
可以从三个方面了解GNEP出台的背景，一是美国试图通过扩大核能发展，解决长期的能源安全问题；二是美国意识到它多年来鼓吹的核燃料“一次通过”的方案在实际上行不通，必须通过核燃料闭式循环，实现废物最少化，才能大大缓解尤卡山地质处置库库容不足的压力；三是美国担心核燃料闭式循环会增加核扩散风险，所以提出所谓具有防扩散功能的新的燃料循环技术，并建议建立国际核燃料服务财团，将世界核能国家划分为所谓的“核燃料供应国”和核能“使用国”，将核燃料闭式循环限制在少数国家中进行，以降低核扩散风险。
4.1.1发展核能以确保美国长期的能源安全 预期21世纪美国的电力需求将大幅增长。
能源信息局的预测表明，2030年美国发电装机容量需要在现在的970GWe的基础上新增345GWe以上。
这就需要在今后20年中建设一大批发电厂。
尽管美国现有核电站的运行业绩优良，但25年来没有建设新核电站的订单。
最近几年建设的发电厂主要是燃气电厂，且还会建设新的燃气电厂。
对天然气这类燃料的过度依赖，将会导致美国能源供应长期安全的潜在脆弱性。
建设并运行新的核电站将会减少这种脆弱性，并可改善大气质量。
即使维持目前核电占20％的比例，美国必须从2015年起每年建设3～4座 核电站。
2001年，美国总统批准的国家能源政策要 求将核能作为关键能源而扩大利用，以保证长期的能源安全。
2002年，美国开始实施2010年核电计划，该计划发展的技术核心是“三代＋”先进轻水堆设计，使之比目前核电站设计具有更好的安全性和经济性。
将会在西屋公司开发的AP-1000和GE公司开发的ESBWR技术的基础上进行开发。
2005年，布什总统签置署了一项法案(EPACT2005），授权为实施2010年核电计划提供资金。
美国政府和工业界将为2010年核电计划共同分担投资风险。
对于新建的首期2座反应堆，将有资格获得高达5亿美元的延期保护费；对二期4座反应堆的建设，可获得首期50％的延期保护费。
对最先建设的几座新核电站的投资，将为今后建造核电站验证一种理顺了关系的程序，为将来核电的大规模发展铺平道路，促进美国的能源安全。
4.1.2解决困扰美国进一步发展核能的核废物 问题众所周知，美国基于核不扩散的政治考虑，卡特行政当局于1977年制定了冻结快堆和后处理的核能政策，主张乏燃料“一次通过”的循环方式。
这一政策在国际上引起了很大争议，并没有得到其它国家的响应，还在一定程度上束缚了美国自己的手脚，使美国逐渐失去其在核能及其核燃料循环方面的全球领导地位。
到了上世纪末，美国人开始反思和质疑卡特的能源政策。
对制定美国能源政策极具影响力的参议员
P.V.Domenici在“钚2000年国际会议”上说：“我们现在将乏燃料当成废物。
但是，我完全不能相信，我们的后代会同意我们剥夺他们从乏燃料中开发潜能的权利。
”美国的官方立场也发生了逆转，2001年5月布什总统宣布的能源政策中指出，应考虑发展后处理技术。
30多年来，美国的核电站积累的乏燃料已达50000t以上，而尤卡山处置库的容量约为
5 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 70000t。
如果乏燃料直接处置，则用不了几年尤卡山处置库就会装满，而乏燃料中构成长期危害的Pu、次锕系元素（MA：Np、Am、Cm）和长寿命裂变产物（129I、99Tc）仅占乏燃料的1％左右。
显然，乏燃料“一次通过”的做法既不合理，也缺乏可操作性。
美国在今后需要扩大核能利用的同时，急切地感到乏燃料“一次通过”之路在实际上走不通。
于是美国不得不否定当年卡特“冻结快堆和后处理”的核能政策，提出了GNEP计划。
美国希望将乏燃料再循环，利用超铀元素的能量，而不是将其作为废物处置掉，只是将分离出的裂变产物进行地质处置。
这样，需要地质处置的废物体积可以大大减小（约50倍），减少废物固化体的热负荷从而改善处置库的释热管理，减少需要地质处置的长寿命核素总量。
美国人认为，如果GNEP计划得以实施，则美国在21世纪只需一个地质处置库就够用了。
4.1.3美国试图提出防扩散的全球核燃料循环 解决方案从美国的最高国家利益出发，美国最担心的是燃料循环导致的核扩散。
美国试图从核燃料循环技术和核燃料管理体系两个层面，双管齐下地防止核扩散。
在闭式燃料循环技术方面，美国提出所谓具有防扩散供能的燃料再循环技术，其关键是在后处理过程中不产生纯的分离Pu，而是将Pu和MA混在一起后，制成混合燃料，在“先进焚烧快堆”内燃烧。
为了防止核燃料循环的敏感技术（后处理）在全球的扩散，美国提议建立一个“可靠的国际核燃料服务财团”，参与该财团的国家分两类，一类是“燃料供应国”，这类国家既可以运行核电站，也可以运行燃料生产和转运设施；另一类是“使用国”，这类国家只能运行核电站，其所需核燃料由“燃料供应国”提供，核电站卸出的乏燃料将运回“燃料供应国”进行处理。
“使国国”只要能得到可靠的燃料服务，这些国家就没有必要去开发浓缩铀和后处理技术。
美国试图让
6 世人相信，只要通过这一机制，就可以防止核扩散，在确保全球安全的情况下，使世界各国获得足够的核能。
4.2GNEP倡议的主要内容 GNEP倡议声称的四大目标为：
(1)减少美国对外国化石能源资源的依赖；
(2)采用新的防扩散的核燃料循环技术，获取更多的能源，产生更少的废物；
(3)鼓励全世界的洁净能源发展；
(4)采用最新技术，降低全球核扩散风险。
GNEP倡议包括下列七大要素；
(1)在美国建设新一代核电站；
(2)发展并采用新的核燃料再循环技术；
(3)为在美国有效管理和最终储存乏燃料开展工作；
(4)设计先进的焚烧反应堆，用再循环燃料产能；
(5)建立核燃料服务计划，在尽量降低核扩散风险的情况下，使发展中国家获得核燃料并经济地利用核能；
(6)为发展中国家的需要，设计和建设小型反应堆；
(7)改进核保障，强化防扩散能力，提高核安全。
美国认为GNEP倡议是一项全新的战备，通过验证并采用新的核燃料循环和核废物最少化技术，并改进核技术与核材料的控制能力，以免落入恐怖分子手中。
美国能源部长Bodman说：“GNEP为全球上升的经济提供事实上无限能源带来希望，这种能源既是环境友好的，又能降低核扩散风险。
一旦GNEP计划得以实现，则全世界将有更好、更清洁和更安全的生活环境。
” 5对三个倡议的初步分析 5.1三个倡议的共同点如前所述，核技术固有的军民两用性质，决 定了在其发展初期就面临两难处境，即如何在允许广泛和平利用核能的同时防止核武器能力的扩散。
从这个意义上说，MNA、GNPI和GNEP是 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 几十年前的老概念在新的历史条件下的具体体现。
随着世界各国对能源需求的日益增长，越来越多的国家希望发展核能，预计核能在本世纪会得到较大发展；另一方面，国际上核扩散的风险却在不断增加。
面对上述越来越严峻的形势，上述三个倡议的基本目标是大致相同的，即试图建立的国际核燃料循环体系，它既能保证NPT条约所赋予的世界各国均有非歧视性地获得和平利用核能的合法权利，又能有效地防止民用核燃料循环中的高浓铀和分离Pu非法转用于军事目的，从而减少核扩散风险。
基于上述目标，三个倡议都认为，扩大全球范围内核能的发展，并不需要让所有发展核能的国家都发展自己的核燃料循环技术和进行核燃料循环生产活动。
核燃料循环的经济性与核能发展规模大小有关，对于一些中小国家或者核能发展规模不大的国家，在其境内建设和运行独立完整的核燃料循环工业体系，显然很不经济。
如果全世界所有发展核能的国家都搞铀浓缩和后处理，这既不经济和不安全，也容易加大核扩散风险。
建立并运行若干国际性的核燃料循环生产中心，为世界各国提供核电用核燃料和燃料循环服务，似乎是有必要和合理的。
上述思想反映在IAEA的“多边（区域性或洲的）合作”（如总干事报告中提出的保证低浓铀供应的三级安排框架）、俄罗斯的“国际核燃料服务中心”和美国GNEP倡议的“燃料供应国”与“燃料使用国”等提法之中。
5.2三个倡议各自的动机5.2.1IAEA出台MNA的动机 很显然，IAEA出台MNA的动机就是为了进一步强化全球核不扩散与军控机制。
过去几年的事态表明，核武器扩散问题的争论集中在一些国家和集团的秘密核技术交易上。
所以，有人认为1970年生效的NPT条约存在很多漏洞，必须寻求确保核不扩散机制权威性和可靠性的途径，从而强化NPT条约。
IAEA曾提出过两种基本途径：
(1)通过重新解释NPT条约有关获取技术权利的条款，使非核武器国家接受部分放弃核技术的要求。
但多数非核武器国家不愿接受NPT条约的附加限制，从而使该途径难以走通。
(2)采用多国合作途径取代国家运行的铀浓缩、Pu分离和乏燃料处置，即MNA。
人们对MNA概念争论了几十年，现在似乎又回到了为支持核燃料循环的MNA模式取得共识的时候了。
在MNA框架下，IAEA可作为担保机构发挥其中心作用。
IAEA强调，参加MNA体系的成员国一律平等，体现“非岐视性”原则。
迄今为止，MNA取得的实质性进展不大。
5.2.2俄罗斯GNPI倡议的动机与效果 从俄罗斯积极推进在其境内建立国际铀浓缩中心、储存国外乏燃料并进行后处理的计划可见，俄罗斯希望通过吸收国际资金，恢复和扩建俄罗斯的核燃料循环设施，重振其作为核大国的形象，取得在核燃料循环产业方面的主导权。
例如，GNPI倡议建议在俄罗斯境内建立国际铀浓缩中心，利用俄罗斯的设施为国外提供核电用低浓铀，国外核电站用过的乏燃料运回俄罗斯进行储存，在俄罗斯的中心培养国外技术人员。
俄罗斯试图通过上述活动获取可观的经济利益。
同时，俄罗斯十分看好快堆核能系统（包括快堆增殖和闭式燃料循环）在核能可持续发展中的应用前景及其潜在的巨大商机，其商用快堆BN-800正在建设之中，预期于2012年建成并投入运行。
2009年9月启动的由IAEA领导的INPRO项目，实际上是由俄罗斯倡导、策划并积极推动的。
俄罗斯希望通过推进INPRO项目，将研究成果纳入俄罗斯提出的GNPI框架之中，从而继续保持俄罗斯在快堆核能系统商用化方面的全球领先地位。
所以，可以明显地看出，维护其作为核大国的政治和经济利益是俄罗斯提出GNPI倡议的最大推动力。
当前，俄罗斯侧重于国际铀浓缩中心的建设和运行。
俄罗斯于2006年年底开始在安加尔斯克建立第一座接受IAEA的保障监督的国际铀
7 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 浓缩中心，该中心将为新的核能国家的核电站提供低浓铀，但不允许它们获得铀浓缩技术，即采用所谓“黑匣子”的模式运行，以防止敏感技术的扩散。
国际铀浓缩中心是一个开放式股份公司，俄罗斯表示所有国家都可参加该铀浓缩中心，并特别建议伊朗和印度加入该中心，以体现GNPI倡议的“非歧视性”原则。
尽管迄今只有哈萨克斯坦一家宣布加入俄罗斯的国际铀浓缩中心，但它毕竟是近年来若干核燃料多边合作倡议惟一取得实质性进展的一个例子。
目前，安加尔斯克国际铀浓缩中心中俄罗斯和哈萨克斯坦的股份分别为90％和10％；俄罗斯愿意将其股权降为51％，将其余39％的股权让给新加入中心的成员。
俄罗斯将利用在铀浓缩方面的技术与能力优势，通过安加尔斯克国际铀浓缩中心抢占新的国际铀浓缩市场，实现在国际核燃料循环产业中取得主导权的近中期目标。
5.2.3美国GNEP倡议的动机 由GNEP倡议的出台背景可见，GNEP倡议制定者首先考虑的是美国国内的能源安全问题。
如前所述，美国为了减少对化石燃料的过度依赖，确保长期能源安全，并减缓温室气体排放压力，决定将核能作为关键能源扩大发展。
当前，制约美国核能进一步发展的最主要因素是乏燃料问题，推行了30年的核燃料“一次通过”政策，使美国积累了50000t以上的乏燃料，成了美国发展核能的最大障碍。
为了解决困扰美国核能发展的乏燃料问题，美国必须摒弃“一次通过”政策，实行核燃料闭式循环的技术路线，以便大大减少需要地质处置的高放废物体积，从而排除发展核能的后顾之忧。
由此可见，美国在核能及其核燃料循环技术路线方面的重大转变，完全是美国国内核能发展战略的需要。
美国提出的GNEP倡议的原动力，是为了应对其困扰核能发展而急需解决的乏燃料问题。
美国提出GNEP的第二个动机是防止核扩散。
美国一直认为核燃料闭式循环核扩散风险很大，所以在上世纪70年代冻结了后处理和快
8 堆，实行核燃料“一次通过”政策。
美国现在重新回到核燃料闭式循环的技术路线，试图利用GNEP框架，将核燃料循环技术与产业局限在少数几个国家，以达到防止核扩散的目的。
美国提出GNEP的第三个动机，是恢复美国在核能及核燃料循环方面的全球领导地位，美国认为它关系到美国的国家安全、国际影响以及全球稳定。
在过去的30年中，美国推行的核燃料“一次通过”的政策，使其在核能及核燃料循环等方面逐渐失去了全球领导地位，在某些方面已落后于法国、俄罗斯和日本。
美国试图通过推行GNEP计划，在国内加大反应堆和核燃料闭式循环等技术的研究开发力度，建设一批新的基础设施，培养一些年轻的核科技人才，全面提升美国在核领域的能力与水平，恢复其在全球的领导地位。
总之，尽管美国声称GNEP的目的在于“扩大全球范围内对安全、洁净和经济的核能利用”，但实质上，GNEP是从美国自身的最高利益出发，试图解决困扰其大规模发展核能的乏燃料等难题，应对由核燃料闭式循环所带来的核扩散问题，并使美国重新获得在核能及其核燃料循环体系的全球领导地位。
5.2.4美国GNEP进展情况 自GNEP倡议公布以来，美国能源部投入很大力量，积极与法、日、俄、英、中等国斡旋。
2007年5月21日，美、法、日、俄、中5国签署了《联合声明》；2007年9月16日，美、法、日、俄、中等16国签署了《原则声明》；美国还与法、日、俄、中等主要伙伴国分别签署了双边合作《行动计划》。
从技术层面看，IAEA总干事提出的MNA在目前阶段所考虑的低浓铀三级安排框架和俄罗斯提出的国际铀浓缩中心，均属于核燃料循环前段，涉及的是成熟的工业技术，其中最敏感的是铀浓缩技术；美国提出的GNEP倡议主要针对核燃料循环后段，包括美国正在开发的不分离纯钚的后处理技术，Pu与MA混合燃料制造技术和焚烧快堆等技术，均属于尚待研究开发的不成 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 熟的技术，尚存在不少不确定因素，这表明GNEP框架下技术方案的商业实施将是15～20年以后的事情。
美国提出开发不分离纯Pu的后处理技术，将Pu与MA一起在焚烧快堆中燃烧，采用这种技术路线，是美国试图减轻沉重的乏燃料负担的现实需要，符合美国国情。
从各主要伙伴国核能及其核燃料循环的现实情况和今后发展看，日本和中国将先考虑核燃料增殖，后考虑核废物焚烧；俄罗斯将兼顾核燃料增殖与核废物焚烧；法国因核电发展规模很大，可能需要先考虑核废物焚烧，后考虑核燃料增殖。
各国基于不同的核能发展战略，其核燃料循环的技术路线也不尽相同。
所以，GNEP伙伴国并不赞成美国提出的核燃料循环方案作为惟一的技术方案。
在我国代表的提议下，美国最终不得不同意在《原则声明》中写明：“需要通过采用多种途径和技术路线以实现未来全球民用核燃料循环的长远目标”。
由于各主要伙伴国坚持各自既定的核能发展战略和燃料循环技术路线，所以，美国也同意在《原则声明》的最终文本中加上如下表述：“采取最易实现的燃料循环途径，有效率、负责任地利用能源和自然资源”。
当然，这些国家也不拒绝与美国在燃料循环技术等方面的合作。
可以说是采取应付的态度，对GNEP的期望值似乎不高。
另外，美国国内政治、技术等方面的因素，也会影响GNEP今后的走向。
GNEP在美国国内一直存在着激烈的争论，反对者认为GNEP的出台没有经过慎密的考虑，提出的技术方案很不成熟，没有令人信服的经济性，会增加核扩散风险等。
有人也担心（或者希望），2008年的美国大选若民主党胜出，GNEP的前景可能会出现变数。
6有关GNEP倡议的一些问题 6.1GNEP计划属于美国核能长期发展战略中的过渡阶段GNEP计划只提发展焚烧快堆而回避增殖快 堆，只涉及了核废物最少化而回避资源的充分利用。
众所周知，核能可持续发展的关键是铀资源的充分利用和核废物最少化。
增殖快堆可以使铀资源的利用率从不足1％提高到60％～70％，从而使核裂变的使用从上百年延长到几千年。
所以，从核能可持续发展的角度出发，发展增殖快堆是必由之路。
IAEA前总干事
H.Blix先生在谈及GNEP时指出，由于世界铀价保持低位，后处理和MOX燃料的经济性比预期的差，但现在世界上已有一些增殖快堆，今后会有更多的增殖快堆，需要Pu装料。
所以，Blin不认为应该逐步淘汰增殖快堆，GNEP也应以上述考虑为基点。
所以，GNEP的只考虑焚烧快堆而回避增殖快堆的技术路线，与核能可持续发展长远目标不一致，或者可以说，GNEP计划只是包含了核能可持续发展目标的一部分。
正是因为上述原因，美国起草的《原则声明》文本初稿中只强调了“环境可持续”，避而不谈“资源可持续”，理所当然地遭到了包括中国在内的其它主要伙伴国的强烈质疑，美国不得不在最终文本中笼统地写上“可持续”，其含义既包括环境的、又包括资源的可持续。
按照2005年5月美国能源部发布的先进燃料循环倡议(AdvancedFuelCycleInitiative：AFCI）的发展规划，在大约2050年之前，美国的核燃料再循环属于“过渡（Transitional）阶段”，该阶段主要是消耗从热堆乏燃料中分离出的Pu和MA；在大约2050年之后，美国的核燃料再循环将进入“可持续（Susained）阶段”，将利用后处理分离出的铀（堆后铀）或贫化铀进行燃料增殖，以确保核能的可持续发展。
由此可见，美国的核燃料循环发展战略是符合美国目前已积累大量乏燃料的现状和今后核能长期发展需求的，所以是一种适合于美国国情的发展战略，这一发展战略可以概括为“先焚烧、后增殖”。
在这一长远发展战略中，GNEP提出的技术方案，可以认为是属于美国核能长期发展规划中的过渡阶段的技术路线。
既然如此，美国试图在GNEP
9 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 倡议中让其它国家套用美国核能发展“过渡阶段”的技术方案的做法，显然是没有道理的。
6.2后处理流程问题6.2.1关于Urex＋流程的防扩散功能 如前所述，在美国需要扩大核能利用的情况下，急切地感到乏燃料“一次通过”之路在实际上走不通，于是不得不恢复闭式燃料循环的核能政策。
但是，美国又担心传统后处理Purex流程分离Pu所带来的核扩散风险，所以在GNEP计划中提出了新的后处理流程（Urex＋），其关键是在后处理过程中不产生纯的可用于制造核武器的分离Pu，而是得到Pu和MA的混合产品。
同时，在不影响快堆运行的情况下，产品中可含有适量的裂变产物，其放射性辐射可防止恐怖分子的接近。
所以，GNEP的制定者认为这种产品具有防扩散作用。
应当承认，Urex＋流程所得到的混合超铀产品具有一定的γ辐射，增加了非法转移或盗窃这种产品的难度。
但有些学者指出，Urex＋流程的防扩散功能是十分有限的，其理由如下：
(1)可以从超铀混合物中提取Pu。
超铀混合物中除了Pu之外，主要是Np、Am和Cm，采用已有的化学分离技术很容易从中提取出纯Pu，只要有良好的α密封设施即可；如果超铀混合物中含有少量裂变产物，在有适当的γ屏蔽条件下，可以保证操作人员的安全。
这意味着，即使Urex＋流程不产生纯的分离Pu，也很难防止有人从超铀混合物中获得分离Pu。
(2)超铀混合物本身也可能作为核爆炸材料。
超铀混合物的自发裂变中子发射率比武器级Pu高3个数量级，研究表明，自发裂变中子发射所导致的提前起爆将使核弹的爆炸当量从20kt降低至小于1kt，但仍然具有破坏性。
所以，作为性能较差的核武器材料，超铀混合物并不比工业Pu差太多。
(3)含有少量裂变产物的超铀混合物没有显著的辐射自保护能力。
按照IAEA设定的核材料辐射自保护阈值定义，距核材料1m远处的辐射剂量率为1Sv/h，而含有少量裂变产物的 10 超铀混合物所产生的辐照剂量率远低于这一阈值。
6.2.2开发防扩散后处理技术的必要性问题 如果认为美国提出的新型后处理流程的防扩散功能有限，且GNEP倡议又只允许少数有信誉的且已掌握了敏感技术的“燃料供应国”进行后处理等核燃料循环活动，就没有必要过多地考虑含Pu产品本身是否具有防扩散功能，因为所谓“燃料供应国”主要是4个核武器国家（英国暂时除外）和日本，这些国家除日本之外本身不存在核扩散问题，在这些国家发展所谓“防扩散”的后处理技术没有多少实际意义。
依此类推，铀浓缩技术同样具有高度的扩散风险，按照GNEP制定者的逻辑，难道需要摈弃现有的离心法生产低浓铀的技术而开发新的“防扩散”的铀浓缩技术吗？ 反过来讲，如果认为Urex＋流程具有防扩散功能，就没有必要害怕“燃料使用国”（例如韩国）也掌握和使用它。
显然，GNEP关于开发防扩散的后处理技术的理由未必充分。
为了防止核扩散，国际上应更多地注意如何加强IAEA对燃料循环生产活动的保障监督和实物保护。
6.2.3Purex流程今后的出路问题 按照GNEP设计者的意图，在今后实施GNEP计划时，燃料供应国（或燃料循环国）运行的轻水堆乏燃料后处理流程是美国推荐的Urex＋流程，而不是传统的Purex流程。
乏燃料后处理Purex流程起初是为生产核武器Pu而发展起来的。
后来，该流程被用于核电站乏燃料的后处理且一直沿用至今，只是随着燃耗的提高，核电站乏燃料后处理的技术难度更高，所以后处理技术一直在进行改进。
后处理工艺的进一步研究包括对Purex流程的改进，包括简化工艺流程，降低投资费用；采用无盐试剂，减少废物产生量。
法国Areva正在开发Coex流程，该流程产生的U-Pu共沉淀产物，可直接作为制造MOX燃料的原料。
上世纪90年代国际上提出了先进燃料循 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 环概念，即除了从乏燃料中分离U和Pu外，进一步分离出MA和长寿命裂变产物（LLFP），将其制成燃料或靶件，利用快堆或加速器驱动的次临界装置（ADS）进行嬗变，从而在充发利用铀资源的同时，实现核废物最少化。
针对上述要求，各国目前主要的技术路线是改进现有的Purex更好衔接，这就是所谓“后处理-分离”(Reprocessing-Partitioning）方案。
由此可见，对传统的水法Purex流程的改进仍然是目前各国对压水堆乏燃料后处理研究的主要方向。
国际先进核能系统研究（如INPRO项目和GIF项目）均肯定了快堆增殖燃料的必要性，而增殖快堆需要由压水堆乏燃料后处理产生的分离Pu为其装料。
所以，既然承认发展增殖快堆对核能的可持续发展是必需的，则就没有必要回避Pu的增殖和Pu的分离，也就没有必要放弃传统的水后处理Purex流程而改用Urex＋流程。
事实上，法国、英国、俄罗斯、日本、印度和中国等均在积极开展基于Purex流程的先进后处理流程研究。
相信各国不会轻易改变已开展多年的后处理研究开发技术路线。
尤其是印度，已在后处理技术的自主研究开发方面已取得了举世瞩目的成就。
2005年6月，印度在世界上首次完成了采用Purex流程的快堆乏燃料（燃耗100GWd/kg）后处理实验。
相信印度独立自主研究开发后处理技术的决心和能力是不会受制于人的。
所以，如果美国为了焚烧Pu和MA而决定采用Urex＋流程，则是基于美国的国情制定的特殊的后处理技术路线，但这一技术路线不应强加于他国。
别的国家有权结合自己的国情，从核能可持续发展需要出发，继续改进和发展Purex流程。
当然，从后处理分离产品与MOX燃料制造相衔接和降低后处理成本的角度看，不追求纯净Pu产品而获得U-Pu混合产品的做法是可取的。
6.3GNEP倡议的燃料供应体系问题 GNEP计划建议建立一个可靠的国际核燃料 供应服务体系，它将全世界的核电国家分为两类：一类是燃料供应国（或燃料循环国），它们既可运行核电站，也可进行燃料循环；另一类是燃料使用国，它们只运行核电站而不能进行燃料循环活动。
为此美国将牵头成立一个由拥有先进核技术的燃料供应国组成的国际财团，向燃料使用国提供费用合理的核燃料租赁服务，并将乏燃料返回燃料供应国进行再循环处理。
美国提出的燃料供应国，除了5个核武器国家，还将包括一些美国认为的“好伙伴”，如已掌握了敏感技术的日本和德国以及有国际核燃料供应方面信誉良好的加拿大和澳大利亚等。
与GNEP不同，IAEA的MNA倡议没有将世界核电国家区分为“拥有”和“不拥有”燃料循环技术的两大类，IAEA倡议的燃料库并不限制任何人。
俄罗斯的GNPI倡议也欢迎所有有兴趣的国家参加核燃料循环国际中心，连伊朗也可以参加。
相比之下，不少国家认为GNEP是一个“不平等”或“歧视性”的倡议。
例如，韩国为了保证其能源安全也在核燃料循环方面开展了大量的研究开发，不愿意被列入燃料使用国，故于2006年3月中旬派了一个代表团赴美磋商。
美方表示考虑欠周，说韩国似应属于介于供应国和使用国之间的第三类国家。
但韩国专家透露，韩国希望成为燃料供应国的一员。
所以，韩国没有在《原则声明》上签字。
采用双重标准是美国处理国际事务方面的一贯做法，GNEP也不例外。
众所周知，澳洲的铀矿资源十分丰富，全世界低价位铀矿床的40％在澳洲，澳大利亚目前的核工业仅限于铀矿开采和出口“黄饼”。
面对全球核能良好的发展前景，澳大利亚希望在国内建立从“黄饼”到燃料棒的核工业生产体系，以提高铀产品的附加值。
为此，需要在澳大利亚建设一座铀浓缩厂。
2006年6月，澳大利亚总理霍华德在访问美国时向布什总统提出了澳大利亚希望建设铀浓缩厂时，得到了布什总统的支持。
布什还建议， 11 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 澳大利亚和加拿大作为世界最主要的天然铀出口国，参加美国倡议的GNEP，组建一个卡特尔(国际商业联合体），进行铀浓缩和燃料制造，并将燃料棒“租赁”给核电使用国，并返回乏燃料。
必须指出，铀浓缩是国际上极为敏感的核技术，为了防止伊朗掌握生产高浓铀的技术，美国竭力反对伊朗以发展核能的名义进行铀浓缩的研究开发。
美国在反对自己的敌人伊朗高铀浓缩的同时，却又鼓励自己的盟友高铀浓缩。
显然，伊朗人绝对不会接受美国的这种双重标准。
美国一贯采用的双重标准，打破了国际上普遍公认的游戏规则，违背了国际事务中应共同遵循的普适准则，从而无助于在新的形势下建立新的国际秩序，而只会使国际关系更加复杂化。
还有一个值得探讨的是关于国际核燃料循环生产中心的运行机制问题。
如前所述，IAEA的MNA倡议是在现有的核燃料国际商业市场机制的基础上，逐步形成核燃料循环多国合作中心，这些中心将纳入IAEA的框架，接受IAEA的领导。
对于诸如后备燃料库的管理，IAAE将作为担保机构。
俄罗斯的GNPI倡议也强调，国际核燃料循环服务中心是在IAEA控制下的国际网络设施，提供包括铀浓缩和后处理在内的核燃料循环服务。
美国提出的GNEP倡议中，一开始只字未提IAEA在燃料供应国集团或核燃料循环国际商业联合体中的作用。
我们认为，涉及全球范围的核能合作问题，纳入IAEA的框架是顺理成章的。
当然，在国际燃料服务中心中，美国、俄罗斯等国无疑可以扮演更重要的角色，但如果离开IAEA的领导或监督，这种国际中心是否具有足够的权威性和可操作性令人质疑。
7对MNA、GNPI和GNEP初步评估 7.1民用核燃料循环的国际化可能是今后发展趋势纵观世界能源供需形势的发展，世界油、气 的价格持续走高和油、气资源渐趋枯竭的前景，使得越来越多的国家将核能视作确保其长期能源安全的重要替代能源。
随着核能在世界范围内的扩大发展，今后核能的开发与部署将比以往更加具有国际性，国际合作将越来越重要。
同时，扩大核能发展与强化核不扩散机制之间的关联也愈加重要，尤其是在确保相关国家获取核燃料循环的产品和服务的同时防止敏感核技术的扩散。
防止核扩散不可能是某个国家的行为，必须依靠世界各国的通力合作。
打破各国自成封闭体系的格局，建立新的国际核能生产与利用体系，形成新的在IAEA的控制之下的保障监督机制，有可能是今后世界核能发展的趋势。
近年来的一些国际合作倡议，包括GIF、INPRO、MNA、GNPI和GNEP，正是这一发展趋势的体现。
GIF和INPRO主要是在研究开发新型核能体系的技术方面开展国际合作，MNA、GNPI和GNEP倡议则除了技术层面的问题之外，更加注重于发展一种保证核燃料循环产品与服务供应系统的国际性框架，以帮助世界各国扩大核能的和平利用，并限制敏感核技术的扩散，从而强化国际核不扩散机制。
民用核燃料循环中的铀浓缩和后处理技术，既是成本很高又是极其敏感的技术。
所以，在理想情况下，燃料循环的经济性和防扩散性均不希望所有国家都建立燃料循环体系，而应通过若干国际燃料循环中心，保证世界各国的燃料供应和服务。
从长远看，我国作为一个负责任的核能发展规模很大的国家，应当有参与民用核燃料循环国际合作相关国际事务的思想准备。
7.2IAEA的MNA框架较难顺利推进 IAEA作为联合国的机构，理应在国际核能发展领域的相关事务起到领导作用。
但是，迄今由IAEA主导的核能发展及防扩散工作主要局限在核保障监督方面，从2003年总干事重新提出MNA框架以来，MNA的推进似乎并不 12 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 很顺利。
控制了国际铀浓缩市场的工业界认为，目前 的国际铀浓缩运行良好，有史以来从未发生过供应中断事件。
IAEA作用局限在核材料的保障监督以及为低浓铀供应提供最后一级（三级）的后备保证。
更主要的是，美国和俄罗斯这两个核大国对IAEA提出的MNA倡议似乎没有作出积极响应和支持，相反，俄、美两国另搞一套，先后在2006年初推出了GNPI和GNEP倡议。
出席2007年国际安全会议（2007年10月21～23日，新加坡）的一位俄罗斯代表甚至嘲笑MNA迄今为止只是“一纸空文”而已。
在美、俄两个核大国反应如此冷淡的情况下，预计IAEA提出的MNA难以获得顺利推进。
例如，既然俄罗斯已经建立了国际铀浓缩中心，IAEA想再建立由它领导的国际铀浓缩中心，恐怕难度就更大了。
由于我国核燃料循环前段的生产能力与我国核电的需求基本匹配，且还在进一步扩大，以满足我国核电增长的需求。
所以，预计IAEA提出的低浓铀三级安排方案对我国不会构成较大影响。
当然，我们应尊重和维护IAEA的权威性，积极参与由IAEA领导的核燃料循环多边方案所涉及的相关活动，并逐步提升我国在该领域的国际影响力。
一旦MNA框架的工作内容深入到核燃料循环后段，我国将需要更多地卷入相关问题的国际研讨。
7.3GNEP和GNPI反映出美、俄争夺核燃料循 环多边安排主导权的角力俄罗斯抢在美国发布GNEP倡议之前发布 GNPI倡议，显示了俄罗斯在核燃料循环技术方面的实力，尤其是在铀浓缩技术和能力方面均具有明显优势。
显然，俄罗斯并不甘心随GNEP而起舞，决心自己搞一套与之竞争。
尽管美国为推动GNEP所投入的力量和在国际上造的声势很大，美国动员了30多个国家参加2007年9月16日的GNEP《原则声明》发布会，但国际上迄今只是就GNEP所涉及的一些原则问题进行了讨论，实质性的成果很少。
俄罗斯却利用其在铀浓缩方面的优势，抢先推出了世界上第一个国际铀浓缩中心。
可以说，俄罗斯在其与美国争夺核燃料循环国际化方面略胜一筹。
美、俄两国在核能领域的角力也反映在对新型核能系统的研究开发方面。
2000年1月，美国启动了由它领导的“第4代核能系统国际论坛(GIF）”，其成员国不包括俄罗斯；2000年9月，IAEA启动了实际上由俄罗斯积极倡导、策划并推动的创新型核反应堆和核燃料循环国际合作项目（INPRO），该项目一开始的成员国中不包括美国。
与GNPI和GNEP在同一年内出台一样，GIF和INPRO也在同一年内出台，这显然不是时间上的巧合，而是折射出美、俄两国试图争夺在新一代核能系统的研究开发方面的全球领导地位。
2006年4月在维也纳举行的INPRO特别会议上，美国代表建议INPRO项目的相关研究开发内容不要与其它国际合作开发项目“重叠”，俄罗斯代表则反唇相讥道：“一种矿泉水，有人喝了，难道别人就不能再喝了吗？”美、俄两国的明争暗斗可从美俄代表的颇情绪化的“较劲”中略见一斑。
（编者注：本文原文列有24篇参考文献，现因篇幅有限，故略去。
） 13 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 便携式高能质子发生器制备PET同位素的最新进展 金立云，张兴治，赵贵植，李金海 （中国原子能科学研究院，北京102413） 摘要：文章在介绍惯性静电约束（IEC）装置基本原理及特点的基础上，重点介绍新世纪以来，该类装置在引发D-3He聚变及制备正电子断层扫描（PET）同位素方面取得的最新进展，以资作为我国近期开发核技术应用产业，远期开发第2,3代聚变核能的参考。
关键词：惯性静电约束（IEC）；D-3He聚变；质子；正电子断层扫描（PET）；放射性同位素 1引言 从上世纪70年代计算机X光断层扫描技术(CT)诞生以来，计算机医学图像技术已随着计算机技术的迅猛发展而广泛应用于现代医学研究及临床领域，涌现出了诸如核磁共振图像技术（MRI），计算机单探头光子断层扫描技术(SPECT)，以及正电子断层扫描技术(PET)等。
这些功能各异的计算机医学图像处理技术可分为结构图像技术和功能图像技术两大类。
结构图像技术主要用于获取人体器官解剖结构图像。
借助此类结构透视图像，不经解剖检查，医生就可以诊断出人体器官的器质性病变，CT及MRI便属于此类结构图像技术。
然而在人体器官发生早期病变，但器官外形结构仍表现为正常时，器官的某些生理功能，如新陈代谢等，却已开始发生异常变化。
此时采用结构图像技术做结构解剖性检查，便无法及时诊断出病变的器官，而需借助基于SPECT及PET的功能图像技术。
功能图像技术能够检测到人体器官的生化活动情况，并将其以功能图像的方式呈现出来。
这大大有助于快速准确地诊断各类疾病，有助于生物医学及药理研究。
所有这些功能图像的产生均得益于计算机技术的应用。
PET是目前世界上最为先进的医学图像设备。
基于PET以及由此产生的功能图像给现代医学带来了一场革命。
PET的工作原理是，利用18F、15O、13N、11C 14 等同位素衰变时产生的正电子与人体器官内负电子产生湮没效应。
通过向人体注射带有正电子同位素标记化合物，采用符合探测方法，探测质湮效应所产生的于相反方向发射的511keV光子对，得到人体器官内同位素的分布信息，由计算机进行重建组合运算，得到人体器官内标记化合物分布的三维断层图像。
由于人体器官在正常和异常时，对标记化合物的亲和力不同，根据其中标记化合物的分布，就可以对人体进行生理、生化、病理及解剖学方面的研究和诊断。
几十年来，国际上PET同位素的生产主要采用回旋加速器。
虽然该项技术已经十分成熟，但也存在较大局限性，表现在加速器体积大、造价高（每台数百万美元），所以PET研究和服务中心只能设在部分大城市，很难进入农村社区或边远地区。
即使在PET中心服务区，由于PET同位素的制备、运输、直至临床应用，都需要花一定时间，这就使可应用于临床的PET同位素品种，基本上局限于18F（t1/2=110m），而很难使用寿命更短，病人所受剩余放射性剂量更少的其他同位素，包括11C（t1/2=20m）、13N（t1/2=10m）、15O（t1/2=2m）等。
基于这种情况，美国威斯康星大学核聚变所，从上世纪末开始，一直利用该所核聚变技术方面的优势，在致力于开发第2和第3代聚变核能的同时，大力开发造价在10万美元左右的便携式高能质子发生器，用以制备 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· PET同位素，并且取得了突破性进展。
该所采用同心网格IEC装置，使D-3He产生稳态聚变反应、反应率已从初期的6×103p/s提高到2002年的3×108p/s,同时利用所产生的质子（14.7MeV），开展制备PET同位素的原理性实验，取得了示踪量的94mTc和13N，实验结果表明，方法原理完全可行。
目前正在设法提高质子产额，以便为便携式质子发生器制备PET同位素的商业化做准备。
本文在介绍惯性静电约束（IEC）装置基本原理及特点的基础上，重点介绍新世纪以来，该类装置在引发D-3He聚变及制备PET同位素方面取得的最新进展，供我国近期开发核技术应用产业，远期开发第2和第3代聚变核能参考。
2美国UWIEC装置的工作原理及基本特点 2.1美国UWIEC装置的基本结构与组成美国UWIEC装置的基本结构如图1～2所示。
圆筒形铝真空室高75cm，直径100cm，用真空泵系统维持真空度为10-7乇范围。
10cm直径的球形网格系用W-Re丝制成，附在氮化硼绝缘 柱上构成阴极。
其允许高压操作范围为-50～-200kV。
阳极为直径50cm的同心网格,由不锈钢丝制成，阳极接地。
网格结构保证离子在电极之间可以较自由穿越，最大操作电压-电流为200kV-75mA，在操作过程中，真空度一般保持在2毫乇，在阳极周围，安装了3根灯丝（偏压0～199V），使发射电子用以电离背景气产生离子，离子在网格电场中被不断加速，随后在与背景气作用过程中产生大量电荷交换离子。
所有离子和电荷交换离子被进一步加速，会聚于网格核芯区，或在核芯区回转数次后引发聚变反应。
研究表明：当电压为-50～-180kV时，离子具有较大的反应截面，其聚变反应模式有4种：束-束反应、束-气反应、束-靶反应和快气反应。
束-束反应是指两个被加速的离子直接碰撞产生的聚变。
束-气反应是指被加速的离子与背景气体碰撞发生聚变反应。
束-靶反应是指被加速的离子轰击到阴极上，与之前沉积在阴极上的离子碰撞产生聚变反应。
快-气反应是指被 图1UWIEC装置结构示意图15 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图2UWIEC装置球形网格几何结构 加速的离子与背景气体发生电荷交换而变成快速运动的中性原子，中性原子与背景气体碰撞发生聚变反应，在数毫乇的压力下，离子一般先进行电荷交换，然后再聚变。
这4种聚变反应模式可以形成3种反应机制，即会聚机制、弥漫机制和包埋机制。
会聚机制源自束-束反应和束-气反应；弥漫机制源自快-气反应，由于快中性原子可在真空室内任一点聚变，导致弥漫机制；包埋机制源于束-靶反应。
D-D反应以弥漫机制（70％）为主，会聚机制（22％）为辅；D-3He反应以包埋机制（95％）为主。
真空室周围安装气流控制器和多种分析测试仪表：
（1）剩余气体分析器（RGA），用以测定真空室中气体含量和组成；
（2）硅质子探测器多道分析器（Canberra公司），探测器面积1200mm2，可以同时探测D-D反应产生的3.0MeV质子和D-3He反应产生的14.7MeV质子；
（3）氦中子探测器,用以探测聚变反应中产生的中子； 16
（4）高温温度计,用以监测不同反应阶段阴极表面的温度（700～1800°C）。
2.2IEC装置的主要特点 以同心网格组成的IEC装置具有一系列固有的优点： 非马克斯韦（Non-Maxwellion）离子能量分布。
离子在电极间被加速到达网格中心时，具有几乎相同的动能，所形成的等离子体为非马克思韦分布。
该能量分布和束-束反应方式，以及没有磁场导致的同步辐射，使得IEC特别适合于D-3He新一代燃料核聚变； 反应率与离子流呈非线性关系。
计算研究表明，电势阱的形成和离子约束时间是离子密度的函数。
由于离子密度取决于约束时间，所以聚变反应率与离子流呈非线关系是完全可能的。
聚变反应率与离子流平方或立方成正比将产生高反应功率密度，大大提高反应器效率； 等离子体靶聚变。
由于大多数聚变反应处在阴极网格及其周围区域，当今使用的大多数 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· IEC装置中的大多数聚变反应是束-气反应，亦即等离子体中快速移动的离子和中性背景气体反应。
由于不存在固体靶影响等离子体相互作用，因此也就没有给约束等离子密度和反应率设定上限，这是一个很大的优点； 非点火等离子体。
大多数IEC概念利用直接能量转换机制，其中高能聚变产物允许逃逸电位阱，在外部高电位电场慢化，这种结构无需等离子体点火就可直接进行聚变反应。
如果是需要等离子体点火的聚变反应，就需要把约束聚变反应产物保留在等离子体内，以使等离子体保持聚变反应的温度。
因此，IEC在反应器体积较常规反应器小时，即可达到“盈亏平衡”(breakeven）;体积小，结构紧凑，造价低。
由于IEC装置无需磁场，因此消除了笨重的大磁铁，加之，装置小巧紧凑，因而移动方便，造价低。
3IEC制备PET同位素的最新进展 3.1IEC制备PET同位素的基本原理由PET特有的瞬时生理过程成像功能，以 及低本底，高分辨率探测能力，使PET在各种癌症、冠心病、阿滋海默(Alzheimer＇sdisease) 脑智障，以及肺和肾功能诊断中成为独树一帜的 诊断技术。
加之美国医疗保险机构自1998年 起，对某些PET诊断实施医疗保险覆盖，所以 PET临床应用迅猛增加，截至2000年统计，全 世界已有180个PET医疗服务中心，其中美国 就有80个，每年使用放射性同位素的病例达 3000万。
但是，由于PET同位素生产几乎全部 依赖加速器，以及PET同位素品种80％以 上只能使用18F，使PET技术的发展和应用存在 很大的局限性。
鉴于此，美国威斯康星大学核聚 变所自1986年确证月球月壤中积存了数百万 吨3He以后，在大力开发第2,3代聚变核能的 同时,于1998年起就大力开发便携式质子发 生器，用以制备PET同位素。
该方法的基本原 理是：采用简便，但较易达到较高能量的同心网 格IEC装置，使D和3He发生聚变反应，反 应式如（1～2）式所示： D+3He→p(14.7MeV)+4He(3.7MeV)
(1) D+D→0n(2.5MeV)+3He(0.8MeV)(50%)
(2) →p(3MeV)+3H(1MeV)(50%)
(3) 由于D-3He反应中产生14.7MeV的高能质 子，它正适合于制备一系列常用PET同位素 图3用10MeV以上质子从18O制备18F的核反应截面17 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· (表1）。
其生成截面如图3～6所示。
表1用高能质子可制备的PET同位素 母体同位素18O94Mo14N16O13C15N 生成反应(p,n)(p,n)(p,α)(p,α)(p,n)(p,n) PET同位素18F94mTc11C13N13N15O 半衰期/m110522010102 3.2IEC制备PET同位素的探索实验3.2.1制备94mTc同位素的原理性实验 由于大部分D-3He反应发生在阴极表面之下，设想在该区域应有最强的质子流。
因此，靠近阴极表面将是制备同位素的理想位置。
为了证 实这一设想，加工了一个固体球状阴极，用以取代W-Re网格。
有效地将IEC改变成束-靶装置，驱使离子在阴极表面产生包埋反应，质子在阴极表面各向同性地产生，所以大约有一半质子进入靶中活化靶元素，反应机制如图7所示。
选择Mo作为初次实验的靶材，是因为Mo的熔点高，可以经受IEC中聚变反应产生的巨大能量，而且与W类似，氢在Mo中具有很高的扩散性。
天然Mo中含有10％94Mo，对用（p，n）反应制备94mTc具有较大反应截面(图8)，94mTc已在某些场合用于核医学研究，它发射正电子，半衰期为52m，由于反应截面大，半衰期短，预期可以在原理性探索实验中产生较大量的放射性。
固体Mo靶形状示于图
9，它被安装于真空室中取代内网格，在操作过程中，Mo靶被加热 图4用10MeV以上质子从14N制备11C的核反应截面18 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图5用10MeV以上质子从16O制备13N的核反应截面 图6用10MeV以上质子从15N制备15O的核反应截面19 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图7固体靶活化反应机制 图894Mo（p,n）94mTc反应截面20 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 至约1200°
C。
在D-3He实验中，D和3He气体同时进入真 空室中。
高压从40kV逐步升至110kV，电流和气压分别保持在恒定的30mA和2毫乇，在 110kV电压下保持15分钟，平均而言，在20分钟的时间里，阴极表面产生约5×106p/s的质子流强，然后关机，打开真空盒，将Mo靶置于NaI探测器中计数，测量40分钟，扣除本底 图9固体Mo靶形状 图1094mTc能谱证明21 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图11SS-M1型水容器设备 图1213N同位素制备系统剖面图22 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图13第1次实验中13N放射性计数 图14第2次实验中13N放射性计数 后的能谱示于图10。
显然，50道处的能峰为所预期的正电子湮 没产生的511keV光子峰，94mTc在正电子发射后再发射871keVγ射线，从激发态返回基态。
经效率校正后，测得94mTc总放射性活度约1nCi(37Bq/s)，这是国际上首次用IEC装置产生同位素。
实验结果表明，在阴极表面产生的D-3He反应，可以成功地在该区域制备同位素，IEC制备94mTc的原理性实验是成功的。
下一步的工作是改进设计，使其可以用商业化的方法 生产和回收同位素。
3.2.2制备13N同位素的原理性实验 选择13N作为制备原理实验的理由是：
（1）目前13N是冠心病的一种最佳诊断试剂；（2）13N半衰期短（t1/2=10m）,目前尚无一种较好的商用制备方法；
（3）目前医疗保险机构已对13N的PET诊断实施医疗保险覆盖，使13N的使用量大幅度增加；
（4）D-3He反应产生的质子能量，与16O(p,α)13N的反应截面很相匹配。
经过一系列预先实验，选择13N制备容器 23 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· (水靶)及操作程序如下：采用壁厚为125μm的304不锈钢管，加工成如图11所示的容器(60cm×60cm)(SS-M1)，将其安装于IEC装置中。
容器中注入1.6L18MΩ-cm去离子水，水中加入10mM乙醇，使生成的13N迅速形成13NH3+离子。
图12为13N制备系统，离子交换柱中填充约25gDOWEX50×8（100～200目）阳离子交换树脂。
使用前先用100mL0.1MNaOH溶液淋洗，用Na+取代SO3-上的H+，以便更有效地分离所生成的13NH3+。
开机后，将电压-电流调节至约140kV-30mA，真空室压力为1.4毫乇，同时调节水泵至流速为每分钟约1L，D-3He聚变反应产生的质子照射水靶，经由16O(p,α)13N反应 生成13N。
照射结束后，通过离子交换柱吸附，取出离子交换柱，置于NaI探测器中进行测量， 先后进行的2次实验结果如图13，14所示。
将第1次实验的数据进行拟合，所得衰变常数λ为9.141×10-4s-
1，与13N的λ真值相差21％。
再将第2次实验的数据进行拟合，所得衰变常数λ为1.144×10-3s-
1，与13N的λ真值相差仅1.3％。
结果表明：IEC制备13N的原理性实验是成功的。
下一步的研究工作是改进IEC装置设计，向13N制备的商业化目标迈进。
图15为威斯康星大学最近投入运行的便携式IEC装置,采用双壁水冷不锈钢结构,备有专用离子注入枪,能引发D-3He稳态聚变产生14.7MeV质子流。
图15威斯康星大学新投运的便携式IEC装置24 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 4IEC装置制备PET同位素的商业化前景与面临的挑战 从1998年起，威斯康星大学核聚变所的科学家，用了短短5年时间，在国际上率先利用IEC装置实现了D-3He稳态聚变，使质子的产生率提高了4个数量级，达到3.5×108p/s，并随之开展了用所产生质子制备PET同位素的探索实验，制得纳居级的94mTc和13N，原理性实验取得圆满成功。
由于IEC装置具有固有的小巧、紧凑、易于搬运、造价低廉等优点，特别适合于制备小剂量短寿命PET同位素，可以弥补大型加速器制备PET同位素的不足之处。
加之，美国医疗保险机构目前已对多种PET诊断实施医疗保险覆盖。
所有这一切都为“便携式高能质子发生器制备PET同位素”展现了美好的商业化前景。
但是，要把商业化前景变成现实，据估算(表2),还需要在现有IEC装置的基础上，把D-3He的反应率提高约4个数量级，即质子流从现在的3.5×108p/s提高到1μA=6×1012p/s，以资把厚靶中PET同位素的产额提高到单次剂量为0.1～1mCi(3.7×107Bq/s)。
而且整个制备程序都要满足临床应用的要求。
这显然不是一件轻而易举的事情。
但是威斯康星大学核聚变所的科学家们，已经拟订了未来几年的研制计划，以期把商业化的前景变成活生生的现实。
他们的计划大致有下列几个方面：
(1)增加阴极电压。
从目前的最高140kV提高至180kV或更高，用以提高D-3He反应率；
（2）增加质子流强度100～1000倍。
正在研究采用3He离子枪，通过 表2PET同位素在厚靶上的估算产额 PET同位素 13F94mTc11C13N13N 半衰期/m11052201010 生成反应 18O(p,n)94Mo(p,n)14N(p,α)16O(p,α)13C(p,n) ※：11MeV质子，饱和产额 产额※/mCi/A120待定80 7(水)133(固体C) 注入3He+或3He++来实现。
因为在IEC装置中有可能实现离子流强度与反应截面之间平方或立方关系；
(3)提高阴极和阳极绝缘柱性能，以确保辐照期间质子流稳定；
(4)改进靶结构设计，提高辐照效率和同位素的回收利用效率。
现在威斯康星大学核聚变所的科学家们，正满怀信心地为实现“便携式高能质子发生器制备PET同位素”商业化目标进行攻关，预祝他们取得成功，为人类健康事业做出积极贡献。
5结论与建议 美国威斯康星大学核聚变所采用简便的IEC装置，引发D-3He聚变反应，产生14.7MeV质子。
然后利用所产生的质子，制备短寿命PET同位素（18F、94mTc、11C、13N、15O），取得了突破性进展。
对94mTc、13N制备的原理性实验已经圆满成功，正在向商业化目标迈进，该项目具有很好的商业化前景。
我国地域辽阔，人口众多，现在正在普及社区医疗保健制度，“便携式高能质子发生器制备PET同位素”具有很大的市场潜力。
我院已于1995年在国内首先开发成功加速器生产PET同位素产业,积累了丰富的开发经验,所以在我院开展“便携式高能质子发生器制备PET同位素”研发具有得天独厚的有利条件和专业技术优势。
为此建议我院核技术所和同位素所合作，尽快组织精干技术力量，申请立项，进行开发研究。
在认真消化吸收国外经验的基础上自主创新，攻克关键技术，又好又快地完成此项开发研究，开发出具有自主知识产权的“便携式高能质子发生器制备PET同位素”高新技术,为民造福。
值得一提的是此项开发研究，还可为国际上正在大力进行的第2代（D-3He）和第3代(3He-3He)聚变核能开发积累经验，为最终解决人类面临的能源和环境危机做出积极贡献。
(编者注：本文原稿列有10篇参考文献，现因篇幅有限，故略去。
) 25 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 惯性静电约束核聚变研究现状 吉川洁等 摘要：上世纪50年代提出的惯性静电约束核聚变（IECF）概念，今天已达到能应用于对地雷的探测阶段。
可是，虽然其原理、构造极其简单，但仍然还有很多必须解决的课题。
文章对IECF研究的现状从理论、实验和应用方面进行介绍。
1前言(吉川洁) 惯性静电约束（IEC：Inertial-ElectrostaticConfinement）核聚变（IECF：IECFusion）的概念如图1（译文略）所示，是由极小型而简单的装置组成。
即，在兼阳极的直径数10cm的真空容器（接地电位）内部，配置由外加高负电位(-50～-100kV)的高熔点金属（钨、钼、钽等）构成的中空状阴极，一导入气体氘（D），在电极之间就发生辉光放电，产生大量的离子与电子。
产生的离子被中空电极加速，大部分离子穿过阴极聚束在中心部，正面碰撞发生核聚变反应。
特别是与把像D-D电子管（tube）那样被加速的氘离子射入(轰击)填充氘的钛靶的场合相比，能得到同样的核聚变反应截面，而且IECF在理想场合所需要的能量只是它的1/4。
可是，在极简单装置能获得核聚变产生中子与质子的反面，只要采用辉光放电产生离子的方法，就受电压-气压的制约，所以现在大部IECF装置中离子与残留气体碰撞的核聚变反应占优势，这便成为大幅度增加中子产生率的大障碍。
对于这个问题的解决，集中精力地在进行采用外部离子源产生离子与射入的研究。
IECF的概念，追溯到上世纪50年代，找到2位研究者。
其中一位是仅受过8年教育，但后来勤奋自学、退伍后在哈尔科夫物理技术研究所(KharkovInstituteofPhysicsandTechnology）主导核聚变研究、称为苏维埃核聚变研究之父(FatherofSovietFusionResearch)的OlgAleksandrovichLavrentyev 26 (照片
1，译文略）；另一位是15岁时提出TV概念、称为美国TV之父（FatherofUSTV）的PhiloTaylorFransworth(照
2，译文略)。
后来，在ITT（InternationalTelephoneandTelegraph）与Fransworth一起进行研究、美国伊利诺斯大学毕业、后来任美国核聚变研究计划负责人的RobertL.Hrisch（照片
3，译文略），于1967年首次根据该概念用DT聚变实验成功地产生了109n/s的聚变中子。
此后，这便成为了美国IECF研究盛行的经纬。
参看由日本大西正视于10年前写的关于IECF的解说，他在此解说中对今后的研究课题列出了以下几项：
(1)静电势的直接测量；
(2)中子产生率对离子电流的依赖关系；
(3)最佳电极形状、工作条件的探索（作为理论课题）；
(4)电位分布的不均匀（失真）对由于中性气体存在的静电势分布的影响；
(5)不稳定性激发与对IEC工作的影响；
(6)静电势振动（作为装置的问题）；
(7)阴极高热通量的去除；
(8)低发射率的外部离子源开发；
(9)能源直接转换的研究。
本文在日本大西正视的IECF解说发表10年后的今天，对IECF的研究现状，就上述研究课题中的几项(包括应用)进行介绍。
2惯性静电约束核聚变理论研究 2.1静电势与核聚变反应率(大西正视) 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 惯性静电约束核聚变是把氘或氚离子聚束在球形中心发生聚变反应，在球中心附近，形成离子势的最高峰。
另一方面，碰撞阴极的离子释放次级电子，中和离子中心部的电荷。
由于离子与电子的能量和角动量的不同，这种中和不同样发生，可以设想，在球中心附近具有静电势结构。
该静电势结构由于依赖于离子的能量，所以可以认为对在球中心附近产生的离子互相间的核聚变反应率给予影响。
本节中介绍用理论解析给出势结构与核聚变反应率的解析结果，利用粒子模拟的静电势的动态行为与核聚变反应率对离子电流的依赖关系。
2.1.1静电势结构的解析模型 在碰撞少的系统中，离子、电子的符拉索夫方程式的解可以由运动的常数函数给出，在具有球对称性的系统中，总能量： εs = 12 msVs2 +qsφ(r)
(1) 和角运量的二次方： ls2=(msVs×r)
2
(2) 是保存量。
式中：ms,qs和Vs分别为离子和电子（s=i和e）的质量、电荷和速度。
在此，离子在阳极近旁产生，被阴极加速，电子设定为次级电子。
为了简单，离子作为有单一能量，电子碰撞率高，设定以下分布函数。
对于离子： fi=c1δ(εi−εi0)H(li20−li2)
(3) 对于电子： f=cexp−εeexp−le2
(4) e2kTele2o 式中：εi0,li0和leo是在阴极的值；C1和C2是常数。
δ和H分别是δ函数和E电离层的阶梯函数。
在半径r中的粒子密度由下式求得： n=π∫∞dε∫∞dl2 f s (ε s , l 2 s )
(5) s -∞ s0 s ms3 r
2 Vr (ε s , l 2 s ) 上式中： V
(ε,l2)=2(ε−qφ)−ls2
(6) rss ss ms m 2 s r
2 进行积分，由位置r和静电势φ(r)的函数 求得离子和电子的密度。
由于在球中心附近等离子体密度比较高， 解泊松方程困难，所以在此利用等离子体近似， 即通过ni(r,φ)=ne(r,φ)求φ(r)。
静电势 空间分布的计算结果如图2（译文略）所示。
在此，reo/ri0是从电子·离子的球中心的最 邻近半径的比，r=r/10(r：阴极半径)。
再 i0
0 0 者，kTe＝10keV，ε0＝35keV。
任何场合，中心部都显示凹下的双重阱结 构，电子的最邻近半径越小，阱的深度就越深。
与图2同样条件的离子密度分布如图3（译文略） 所示。
电子的最邻近距离越短，中心部的密度就 越高，能期待中子产生率的增加。
另一方面，对于氘等离子体，中子产生率由 下式给出。
N=12∫d3rni(r)2〈σV〉DD,n(r)
(7) 式中：〈σV〉DD,n(r)是由D-D反应产生中子的平均核聚变反应率。
图4（译文略）所示的是，电子最邻近距离 对于离子最邻近距离的中子生成率的依赖关系。
密度增加，但由于产生核聚变反应的范围减小， 所以用增大密度几乎不能期待中子的增多。
这可 以设想是由于最邻近距离越小，发生反应的范围 也减少的原故。
2.1.2
静电势的时间行为 现对在上一节中为研究双重阱的稳定性、离 子电流、阱结构和中子反应率，进行的PIC粒子 模拟的结果介绍如下。
计算结果： 在球坐标中，荷电粒子的运动方程由下式给 出： md2rs=qE+ls2
(8) sdt2 smsrs3 式中：E是电场，满足下式泊松方程式。
27 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 1∂(r2E)=ρi−ρe
(9) r2∂rε
0 式中：ρi和ρe分别为离子和电子的电荷密度。
假设离子有以下的速度分布函数； m(V−V)2mV2 fi (V// ,V⊥ ) = const × exp− i // 0−i⊥ 2Ti// 2Ti⊥ (10) 式中：
V，T和T分别是离子平均速度、
0 i// i⊥ 径向离子温度和方位角方向离子温度（能量扩 展）。
T小时，（10）式给出近似
（3）式的分i// 布。
再者，在阴极内侧释放出的电子是次级电子， 初速度为
0。
图5（译文略）所示的是阴极内部的静电势 分布对于阴极离子电流的时间变化。
图中T＝i// 5keV，T＝200eV，离子平均能量为35kV。
i⊥在I0＝100mA时，在中心部能看到静电势的 峰值（一重阱）。
随着离子电流的增加，在其内 侧能看到凹面，随着电流增加凹处变深（双重阱 形成）。
该双重阱不稳定，不能形成稳定的双重 阱。
图6（译文略）所示的是，中子产生率对离 子电流的依赖关系。
在400mA以下时，中子产 生率与电流成正比，但电流一增大，能得到中子 产生率按电流的2.5次方的比例增加。
这可以 设想是由于进入双重阱的离子具有从静电势获 得能量成为高能量的原故。
再者，本模拟为了缩 短计算时间，而把离子与电子的质量比设为 100。
照按该假设，可以设想势阱变动的时间常 数比实际缓慢，但可认为对双重阱结构的生成本 身没有影响。
一连串的模拟显示出，离子束的聚 束和能量分散小，但对双重阱的生成和中子产生 率的高电流依赖性是重要的。
2.2
离子束模拟(大泽穗高) 2.2.1三维有限差分粒子模拟 在IECF装置中，使用如图7（译文略）那 样的中空状阴极。
该阴极是把多个（图7中是使 了6个）大约直径6～12cm、厚0.3mm、宽5mm 的环对称组合进行使用。
在阴极附近，形成接近 球对称的势，而且对于离子的入射方向假设面积 最小，提高穿透率。
再者，在该阴极上外加电压， 28 为了保持固定，连接引线（feed
through）。
由于该复杂形状的阴极与引线形成的电 场大致是球对称，但考虑到内部结构，计算等电位面，如图8（译文略）那样，在阴极环附近与连线周边发生分布不均匀，知道了三难计算的必要性。
用以下方法进行考虑了这样的立体结构的电场分布不均匀，及其影响的空间放电的数值分析。
首先，用约600万个1mm的立方差分网格（mesh）设定计算空间，这时模拟的阴极形状如图7中的左图（译文略）那样。
在该空间，用三维有限差分法求电场。
其次，设定该电场内的种粒子，跟随粒子增加的过程进行粒子模拟。
在计算中，把氘离子（D+,D2+,D3+）、高速中性粒子（D0,D02）与电子作为跟踪对象粒子。
在装置内部均匀的配置各离子各自1000个与3000个电子，用三维龙格-库特解法（RungeKutta法）进行空间内部粒子的运动计算。
在运动时，如果与实际尺寸结构物碰撞,该粒子便消失，在次级电子产生的时候，重新产生。
再者，利用近20种的原子过程与电荷交换反应、弹性碰撞，使用蒙特卡洛法计算反应截面。
另外，粒子跟踪计算用实际的离子·电子质量比进行，计算的时间最少是10－12s。
而且，作为计算方面的办法，在高速中性粒子失去能量低速化的场合，完成中性粒子的跟踪。
2.2.2模拟结果 在该装置中，如图9的左图（译文略）那样，所谓星形方式的独特放电在特定的条件下(1.5Pa，20kV)发生。
从水平方向阴极间隙来的光辐（spoke）能向阴极伸展。
在与此同样条件下进行模拟的是图9中的右图（译文略）。
电子与中性气体碰撞，发生电离的场所用三维空间上 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 的白点表示。
由实验照相明确了同样集中在从阴极间隙到阳极的特定场所。
再者，在阴极表面各处（黑三角）设置离子源时的入射离子束轨道（黑线）如图10（译文略）所示。
由该轨道计算，如果在从水平面±5度左右的位置设置离子源，能长时间、转圈运动离子束，而且，设置多个这样的离子源，束流有效碰撞也是可能的。
用考虑了三维立体结构的粒子模拟，也进行了其他阴极形状的最佳化，提高IECF装置的中子产生效率是可能的。
2.3电离气体的模拟(山本靖)2.3.1包含原子分子过程的粒子模拟 放电型IECF装置的工作气压比较高，为～1Pa，由于离子·电子与气体的原子分子过程的粒子的生成、消失、能量授受给予粒子数和能量分布很大影响。
该小组在原子分子过程的记述中，用了由加利福尼亚大学的Birdsall等人开发的蒙特卡洛碰撞过程记述法的空间一维速度二维粒子模拟程序。
该程序中，为了再现氘放电，把电子、离子（D+,D+,D+）、中性粒子（D-D2）作为分析对象， 23 考虑表1所示的电离、电荷交换、离解、再电离的17类原子分子过程，加上由各粒子种的弹性散射合计有23类原子分子过程，同时由于考虑电源电路内部阻抗，可以选择稳定电流模型与恒定电压模型。
2.3.2计算结果 关于京都大学进行的球形IECF装置的放电气压-放电电压特性，模拟与实验结果的比较示于图11（译文略）。
计算与实验结果表明，该值有很好的一致性。
知道了放电电压不怎么受放电电流值的影响，仅依赖于气体压力。
再者，气压一变低，电压就急剧上升，该特征相当于帕兴曲线的低气压范围。
为了研究持续放电的结构，由模拟在各气压下供给离子的原子分子过程的数目，求得的结果示于图12（译文略）。
由电子的气体电离反应的贡献比例低；由电子·中性粒子的反应，随着气压变高而增加；离子的贡献在气体压力低的时候 变多。
再者，有关详细情况，研究有关离子供给的原子过程的空间分布结果的一个例子示于图13（译文略）。
在电场强度强的阴极与阳极之间，电子由于迅速被加速到适合电离的能量以上，所以由于电子发生的电离在阴极内部和阳极附近频繁发生，知道了中性粒子的再电离在阴极位置最大。
再者，在阳极近旁电位几乎是平坦的，这可以设想相当于辉光放电的放电弧柱。
在这部分中，生成的离子向中心方向加速。
但是，在气压2.7Pa、能量4keV中电荷交换的平均自由程为2.8cm，与电极间距相比较短，所以离子·中性粒子的能量正比于数cm左右的局部电压。
因此，在低能下的中性粒子的再电离反应与能量成正比，所以在能量变大的阴极近旁的再电离反应就多。
2.3.3小结 利用包含原子分子过程的粒子模拟，来进行IECF装置内部放电过程的模拟，可以说明实验结果。
而且可以解明实验中测量困难的离子、电子的供给过程与各种反应的空间分布。
3IECF实验的现状 3.1球形IECF装置（D-D和D-3He）(增田开，高松辉久)IECF装置如图1和图14（译文略）所示， 是在球形阳极（真空容器）内设置同心球状几何学穿透力高的网状球壳阴极的装置，消除电压引入端子对阴极的影响，形成大致球对称的电位分布。
由外部离子源或阴极与阳极间的辉光放电产生的离子由静电场向阴极加速。
这些离子的多数穿过阴极到达中心，一部分离子发生聚变反应。
对聚变反应没有贡献、通过阴极去到真空容器的离子，如图15（译文略）的模式图那样，由于静电场而被减速，再一次去到阴极内再次被加速。
除球形IECF装置以外，圆筒形状的装置方案也考虑了，并进行了下节中介绍的实验。
现在主流的辉光放电型IECF装置中的聚变反应的大部分是束流-残留气体（束-气）碰撞反应，由于球状聚束的离子密度增加没有成为重要要 29 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 素，所以即使在圆筒形IECF装置中，也能得到与球形IECF同等的聚变反应率。
圆筒形IECF中，有轴向聚束型（参看3.2节）与径向聚束型（参看3.3节）2种。
前者的优点是无阴极碰撞的离子损失；后者由于是轴向长的装置，有可以产生长轴线状中子的优点。
以前达到的D-D聚变反应率如表2（2007年5月）所示。
现在，实验研究的大部分是放弃辉光放电中的束-气碰撞的方案，目标是能期待飞跃提高聚变反应率的束流-束流(束-束)碰撞的实现。
如果单纯考虑束-气碰撞反应率与离子电流和气体压力、束-束反应率与离子电流的平方成比例，那么如何提高（离子电流)/(气体压力）的比便是关键。
把离子源设置在阳极（真空壁）附近提供离子、降低气体压力的实验研究，由京都大学（KU）、东京工业大学(TIT)和威斯康星大学（UW）进行。
用大电流脉冲工作飞跃增大离子电流的实验研究由TIT、关西大学和UW进行。
遗憾的是到现在为止，全都没有达到明显地观测到束-束碰撞聚变反应，期待着今后的进展。
UW、TIT和KU，也在进行D-3He反应实验。
D-3He反应由于可以产生14.7MeV的高能质子，所以应用于后述的尖端技术的可能性引人注目。
利用IECF装置进行的D-3He反应，在1999年首次由UW观测到。
UW的装置作为IECF装置，由于可以外加最高180kV的高电压，所以能获得超过D-D反应率的D-3He反应率(＞108s-1），成功地观测到了用产生的14.7MeV质子生成释放正电子的核素（13N）。
在KU，2006年观测产生的质子，成功地鉴别了D-3He聚变反应密度的空间分布，得到了令人兴奋的结果。
也就是说，与受束-气碰撞反应支配的D-D反应不同，D-3He反应发生的地方，在数十kV的条件下，明显的集中在负电位的阴极栅格（grid）和电压引入端子的金属表面。
由以前得到的其他实验事实（说明），阴极金属内吸留的是3He，可以设想是D离子与它碰撞， 30 但详细情况还不明确。
同时指出，以前即使在束-气碰撞支配的 D-D反应中，束流-吸留原子碰撞反应的贡献可能存在数成（比例）。
与D-3He的情况不同，D-D场合获得了显示在阳极的束流-吸留原子碰撞反应的实验结果。
KU在圆筒形装置的阳极上蒸镀钛，增加吸留的氢，显示出中子产生率提高了3倍的实验结果。
另一方面，在阴极蒸镀钛时，没有看到中子产生率的显著提高。
在阳极蒸镀钛，提高中子产生率，KU获得的结果最高，UW的再次试验也确认了这一点。
再者，后面要谈到的，在备有水冷式阳极的球形IECF装置中，观测到由于阳极冷却，中子产生率的提高再现性良好。
这些实验事实强烈暗示，D离子与残留气体分子的电荷交换反应被中性化后到达阳极，它与吸留在阳极的氘原子、分子发生碰撞反应。
为了弄清楚这些情况，期待前面讲到的反应密度分布鉴别法适用于D-D反应测量。
但是，适用于更低能量（3.03MeV）的D-D反应质子时的S/N比的确保，是今后的课题。
IECF装置的初次应用，即作为中子源应用于探测地雷的研究开发（参看第4章），是由日本科学技术振兴机构管理，由包括日本国内几乎所有IECF研究机构的研究小组进行研究。
IECF中子源本来就具有适于探测地雷的许多优点。
即，构造简单、寿命长、无需维护，由于运行极其容易，所以运行人员不需培训。
而且，与252Cf中子源等不同，不产生探测地雷作业以外的中子束。
再者，不使用放射性物质氚也能稳定地产生大量的中子。
这些特性再加上为把IECF中子源组入室外用的地雷探测系统，由于以下理由，IECF装置小型化是不可缺少的。
第
1，由于核聚变反应截面强烈依赖于离子具有的能量（相对速度），所以产生的中子的分布是在能量最大的中心网状阴极附近最高，而且各向同性的产生。
因此，为了使中子产生点靠近被照物体（增大立体角），希望IECF中子源是小型的。
核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 第
2，为了控制整体的重量，在中子源·探测设备复合前部（head）范围占最大重量的中子屏蔽体对于尽可能的轻量化是重要的。
为此，中子源的直径必须要小。
由于该目的，设计、制造了比以前装置（图14，译文略）小一圈的、直径20cm的超小型IECF中子源（图16和图17，译文均略）。
为了使用这样的超小型装置可以稳定的长时间大功率放电，做成在直径20cm的阳极（真空容器）的周围配置水冷套管（外壳）的结构，达到了在当初目标107·s-1恒定中子产生率中的极稳定的长时间运行。
冷却能力还有余地，而且通过调整(conditioning）可以期待有更高的中子产生率。
该冷却水结构担负阳极冷却与中子屏蔽材料功能的同时，把各向同性产生的中子向下方聚束的任务。
也就是说，如图17所示，把下方的冷却水层做薄，由上方和横向厚的冷却水层反射的中子聚束在下方。
把252Cf中子源置于真空容器中心的实验中，使用这种冷却水结构，能得到下方中子密度约增加1倍的结果。
在D-D聚变反应的2.45MeV单色中子方面，由蒙特卡洛模拟也显示出同等程度的聚束效果。
3.2圆筒形IECF装置(山本靖) 由于放电型IECF装置中的核聚变反应的大部分是束-气碰撞反应，所以球状聚束的离子密度的增加没有成为不可缺少的要素。
圆筒形IECF装置是以更简单的形状、阴极冷却性能的提高等为目的，由伊利诺伊大学提出的方案。
京都大学从1996年开始进行实验，主要目的是实验验证：由于工作气体压力降低引起的电荷交换反应的减少；由于平均离子能量增大引起的中子产生率的改善。
3.2.1实验装置 图18（译文略）所示的是实验装置的概略图。
电极使用安有40mm套筒（sleeve）的杯状阳极、直径50mm和长100mm的圆筒状阴极。
为了降低放电压力，把使用2.54GHz的微波的ECR等离子体源设置在一方的阳极后方。
从另一方的阳极背面引出中性粒子，用测量其再电离的 离子的能量分布评价了装置内部离子能量的推移。
3.2.2实验结果与考察 辉光放电可以维持放电的最低气体压力是1Pa，但是，由于使用ECR等离子体源，直到0.05Pa左右范围都能维持IECF装置工作。
图19（译文略）所示的是中子产生率对电流的依赖关系。
由于气压降低，靶的粒子密度可以减少到4成左右。
但是，离子能量增加，中子产生率比辉光放电的场合约增加2成。
再者，降低气压时，放电电流降低。
但作为中子的产生效率，一引入中子产生率除以放电电流得到的值，则可得到在0.3Pa时该值具有极大值，在0.1Pa时该值具有极小值的结果。
在再电离离子能量分布测量中，有3种峰值存在，可以认为它们是由于D+(E)、D+(E/2)和低能成分构成的。
利用再电离小室（cell）中电离和离解过程逆运算阳极中中性粒子D2的能量分布变化的结果示于图20(译文略)。
清楚了随着工作气压的降低，峰值的粒子数增加。
知道了即使在哪种工作气压条件下，在低能一侧与接近外加电压30keV附近也有具有峰值的分布。
低能成分的峰值对核反应的贡献非常少，我们认为，聚变反应多数是由被加速到外加电压的3/4附近的粒子所引起的。
3.2.3小结 对聚变反应率来说，圆筒形IECF装置能获得不逊色于球形装置的值。
由于外加ECR等离子体源，即使在1Pa以下范围内，也能稳定工作，明确了中子的产生效率得到改善。
再者，由中性粒子的能量分布测量，确认了由于工作气压降低，真空容器内粒子能量的增加。
3.3脉冲运行的IECF装置(堀田荣喜等) IECF装置运行的自由度大，不只是直流工作，当然脉冲工作也是可以的。
一般情况，由于电源系统构建容易，所以直流工作用的较多。
但是，脉冲工作有直流工作做不到的优点。
第
1，使用中子束的非破坏检查等，要求脉冲中子功率的应用领域不少。
亦即，用脉冲中子进行照射，设定对它响应的适当的时间窗进行测量，这是能 31 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 获得高S/N比的方法。
尤其是，以前的裂变中子源，在原理上把中子产生脉冲化是不可能的，用高速开关（shutter）能够获得拟似的脉冲中子，但控制性差，有大部分中子被浪费的问题。
第
2，由于大电流化，能够期待与放电电流平方成比例的束-束反应产生中子。
很遗憾，现在的IECF装置与原来IECF的概念相反，与放电电流1次方成比例的束-气反应占支配地位，不能获得由于脉冲大电流化的效率上的优点。
但是，现在很多研究机构在集中精力进行以束-束反应为目标的研究，即使在今后实现的可能性方面，大电流的脉冲工作也是比低电流的直流工作有利。
东京工业大学在进行组合如图21(译文略)和图22（译文略）所示的径向聚束型的圆筒形IECF装置，与图23（译文略）所示的高电压脉冲电源系统的脉冲工作的IECF研究。
径向聚束型圆筒形IECF装置的优点，除比以前的球形装置极其简单的电极结构外，由于离子不受高电压馈通（feedthrough）的影响，在离子静电约束方面效率非常好。
在球形装置方面，理想的球对称能期待束流的3次方的聚束。
但是，实际上由于必须要有向阴极引入高电压的feedthrough，所以电场的对称性受到大的破坏，许多离子与feedthrough发生碰撞，这一点也由模拟结果得到了证实。
再者，东京工业大学的圆筒形IECF装置，在组合会切磁场(cusp)与阳极偏压（bias）的离子源的设置方面也有长处。
另外，在电源系统方面，除产生高电压脉冲用的高电压半导体开关SSW1以外，为了快速衰减SSW1断开后的余辉，设置了另一个高电压半导体开半SSW2，这也是一大长处。
IECF装置的脉冲工作中的典型电压、电流波形如图24（译文略）所示。
由于设置SSW2，余辉急速衰减，知道了这是适合以高S/N比测量对脉冲中子响应的检查系统的方式。
再者，在电压脉冲的上升边（前沿）与下降边（后沿）时流动的峰值电流，是从开关到放电部约3m的同轴电缆（静电容量～0.3nF）的充、放电电流。
图25（译文略）所示的是脉冲工作时的中子产 32 生率。
遗憾的是，在该工作范围内，也与以前的实验标准同样，与放电电流的1次方成比例的束-气反应占支配地位。
而且，这时D-D反应的最大中子产生率，在脉冲电压为-70kV、脉冲电流为10A时是6.8×109n/s，现在使用IECF装置，获得了世界上的最高输出。
3.4利用非蒸发型吸气泵的IECF装置压力控 制(堀田荣喜，山内邦仁)以前，在实验室，作为真空排气系统是组合使用涡轮分子泵（TMP）与回转泵（RP），从高压贮气瓶通过调节管导入氘等气体，调节IECF装置真空容器内的压力，一般都是这样做的。
但是，在屋外包括探测地雷在内使用IECF装置的时候，由于振动与冲击，以及粉尘等使用环境问题，使用TMP与RP比较困难。
因此，试验性的进行使用小型、无可动部分的非蒸发型吸气（NEG）泵控制压力。
NEG泵是利用吸气作用，在活性金属（钛合金）的整体（叶片）上吸附气体分子的性质，进行排气的真空泵。
在此，并且利用加热、升温吸气材料，而氢等吸附分子被解吸的性质，边用加热器（heater）调节吸气温度，边控制压力。
因此，与使用TMP和RP那样的气体输送式泵的场合不同，在控制压力时，不需要高压贮气瓶与调节管的气体引入系统，在装置的简化方面也是有效的。
但是，吸气泵在特性上，由于只吸附H2，N2，O2，H2O，CO，CO2等化学活性的分子，定期的使用辅助泵进行He，Ne，Ar，CH4，C2H6等非活性气体排气是必要的。
但是，实际上用这种方法进行压力控制，由于压力的响应速度依赖于加热器加热的吸气温度的响应速度，所以不那么简单。
图26和图27（译文均略）所示的是压力响应特性相对NEG加热器跃迁电压（heatstep电压）的关系。
图26是给与0～6.42V的加热器跃迁电压时压力变化的曲线图；图27是给与6.42～0V的加热器跃迁电压时压力变化的曲线图。
0V在0.000Pa，6.42V相当于IECF装置运行必要的0.766Pa压力的最终值。
从这些图像可知，响应速度非常慢，特别是图26，从零状态的升 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 温时开始到聚束需要2小时左右。
再者，在升温时与降温时响应速度有明显差别，这是一大特征，进行PID控制时容易振动，可以说是非常难以控制的特性。
另外，用PI控制加弱微分作用谋求稳定化时，成功地获得了非常良好的稳定控制作用。
一旦压力聚束到指令值，其后的控制作用的稳定性非常高，变化压力指令值时的跟随性也良好。
再者，用该控制参数从零状态进行压力控制时，相对于跃迁响应到聚束需花约2小时，IECF装置用6～7分钟运行就能达到必要的压力，聚束便成为可能。
用得到的控制参数进行由放电电压反馈的PI控制的结果示于图28（译文略）。
在放电电压反馈方面也显示良好的控制性，成功获得稳定的放电。
再者，在实际的地雷探测应用方面，例如，为了“测量10分钟＋移动10分钟”的运行周期，考虑从零状态开始的升温响应差，NEG热源（加热器）在移动时也必须是接通的。
3.5用激光诱发荧光法的电位分布测量(吉 川洁，增田开，多几山宪）IECF的核聚变反应率，在理论上显示出很大程度依赖于由离子束和电子自已无碰撞地构建在阴极内部（中心部）附近的电位分布形状。
因此，以前实验研究工作的主要目的是，验证实际上以怎样的空间电位分布存在。
首次于1967年验证了由D-T聚变产生109n/s的Hirsch用屏蔽的准直仪测量相关强度的中子与轫致辐射发生处的强度分布，用此来推定电位分布形状。
再者，Swanson把电子束射入到中心部，从它的折射程度推定空间的电位分布形状。
而且，近年来伊利诺伊大学用准直仪测量由D-D聚变产生的质子（3.03MeV），从它的空间分布形状与电流相关关系，讨论双重阱的存在（图29，译文略）。
这些实验结果都强烈暗示，在中空阴极内中心部附近有电位的双重阱存在。
可是，这些都是使用的间接测量方法，希望有更高精度的直接测量方法。
因此，我们把近年来有大发展的、利用了斯塔克效应的激光诱发荧光法（LTF：Laser-inducedFluorescence）应用于IECF， 进行了局部电场测量。
也就是说，是由斯塔克效应与电四极子迁移禁止HeI的21S(20.6eV)向n1D（n＝3，4）激发，由诱发的荧光偏掁度求局部电场强度的方法。
在测量中，为了尽可能采用空间电荷效应大的条件，聚变反应不是采用Starmode（高电压、小电流），而是采用了Centerspotmode（低电压；大电流）（电子管导电系数K＝I(mA)/V(kV)3/2＝1.95）。
图30（译文略）所示的是光学测量等离子体中心部的光强度分布、21S的LIF强度分布和由LIF（n＝3）求得的电场强度构成的电位分布。
也依赖于分光的空间析像清晰度，可以明显地看到双重阱分布的存在。
再者，这样的电位分布的场合，从阴极敲出的次级电子在内部得到把He原子激发到21S(20.6eV）的足够能量是可能的，所以这些结果并不矛盾。
此外，该结果也是对近30年来对双重阱存在的争论画上了一个句号。
关于核聚变最佳的Starmode，试验了提高测量精度、测量电场（n＝
4，E＜100V/cm）。
但如图31（译文略）所示，与Centerspotmode相比，由于电子管导电系数小，不能形成大的空间电位分布，因此，高能电子数目少，可以认为，结果是能适用于LIF的21S存在不充足。
现在，在外部高效率的（＞～10-4）、制造大量的21S，以超声速把它们注入测量场所。
由于完成了适用于LIF的研究，今后预定进行starmode的内部电位分布的研究。
4IECF装置的应用 4.1地雷探测设备(三泽毅，高侨佳之，久保美和，代谷诚治)IECF是小型中子源，由于它不使用252Cf与 D-T脉冲管那样的放射性物质，所以认为有作为包括在屋外利用的中子源广泛应用的可能性。
作为其中之
一，是进行用于对地雷的探测研究。
现在，由于地雷除了起爆部分的微小金属之外，外壳（case）等都是塑料，所以用以前的金属探测器探测极难。
作为探测这种地雷的方法，有用中子照射埋设地雷的土壤，利用地雷中的炸 33 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 表1模拟考虑的原子分子过程 序号1234567891011121314151617 反应 D+D→D+D+(high) 2(back) 0(high) +2(low) D+D→D+D+e+(high) 2(back) +2(low) +(high) D+D→D+D+D+e+(high) 2(back) +(low) +(high) 0(back) D+D→D++2(high) 2(back) 02(high) D+2(low) D+D→D++2(high) 2(back) +2(high) D+e+2(low) D+D+2(high)
2 D→D+D+D2(back) +(high) 0(high) 2(back) D+D+2(high)
2 D→D+D2(back) +3(low) 0(high) D+D→D+D+D+3(high) 2(back) 02(high) +(high) 2(back) D+D→D+D+D+3(high) 2(back) 0(high) +2(high) 2(back) D0(high)+D2(back)→D+(high)+D2(back)+e D+D→D+D+e0(high) 2(back) 0(high) +2(low) D+D→D+2D+2e0(high) 2(back) 0(high) +(low) D+D→D+D+D+e0(high) 2(back) 0(high) +(low) 0(back) D+D→D+D+e02(high) 2(back) +2(high) 2(back) D+D→2D+D+2e02(high) 2(back) +(high) 2(back) e+D2(back)→D+2(low)+2e e+D→D+D+e2(back) +(low) 0(back) 注：High表示高能粒子；Low表示低能粒子；back表示残留气体粒子 表2IECF装置达到的D-D聚变反应率 单位名称京都大学 东京工业大学关西大学 日立制作所威斯康星大学 伊利诺伊大学洛斯阿拉莫斯国家实验室 D-D聚变反应率/s1×107（稳定，62kV·30mA，φ34cm）1×107（稳定，80kV·80mA，φ20cm） 5×105（稳定，圆筒形）7×108（脉冲，70kV·10A，圆筒形） 3×106（稳定，60kV·50mA）9×107（脉冲，35kV·4.5A） 8×107（稳定）2×108（稳定，180kV·60mA）2×109（脉冲，105kV·3.4A） 2×106（稳定）7×108（脉冲） 1×106（稳定） 注：表中为2007年5月的数据 34 药与土壤的响应不同的方法。
由于炸药中含的氢比其它元素散射中子的概率高，所以地中一存在地雷（炸药），由散射回到地表的中子数目就增加。
中子与氢和氮发生核反应（中子俘获反应），释放出具有依赖于元素特定能量的γ射线。
特别是炸药中含有很多氮，由中子俘获反应释放出10.83MeV的γ射线，但这种γ射线比由其他元素释放出的γ射线的能量高，所以对于周围的本底，能以比较高的S/N比检测出来，测量它就能探测到地雷。
除这样的探测原理以外，探测由中子的非弹性散射反应释放出的γ射线的方法，世界各国也在进行研究。
利用中子的这些方法，在包括探测地雷、空港等的行李与信封中的炸药和药物检查中，是特别视为有希望的方法。
我们研究开发小组，开发出了小型、轻量、而且便宜、能高效率探测由于中子俘获反应而由氢与氮释放出的γ射线、能放置在γ射线入射方向的闪烁体复合探测器（图32，译文略）。
这种复合探测器由底面有孔的空圆筒状NaI(Tl)闪烁体中插入高密度、能高效率探测高能γ射线的BGO闪烁体结构构成。
把由这2种探测器得到的信号进行称之为非同时测量法的数据处理，能减少周围的杂波，仅选择测量从NaI底部孔穴方向入射的γ射线，而且使得用称之为同时计数法的方法更有效率地测量γ射线成为可能。
组合IECF中子源与这种探测器，进行了探测地雷的验证实验。
实验中，把装了TNT炸药或RDX炸药的容器埋在土壤中，为了探测地雷，把中子的发射方向稍微偏离铅直方向，新设计了IECF与探测器，而且如图33（译文略）那样配置γ射线与中子的屏蔽体
(1)便携式高能质子发生器制备PET同位素的最新进展…………………………………………………(15)惯性静电约束核聚变研究现状…………………………………………………………………………(27) ·核电站与核反应堆· 革新核能系统的实现——开始出成果的文部科学省研究开发事业（续Ⅱ）Ⅲ．使用高强度脉冲中子源的革新反应堆用核数据的研究开发…………………………………(38) ·核技术应用· 食品辐照的有用性………………………………………………………………………………………(41)食品辐照的国际现状……………………………………………………………………………………(43)辐照食品检测技术现状…………………………………………………………………………………(48) ·简讯· 美国众议院取消GNEP的拨款…………………………………………………………………………(50)美国从英国撤出核武器…………………………………………………………………………………(50)美国EnergySolutions公司进口意大利放射性废物…………………………………………………(50)美国2007年能源补贴统计数据………………………………………………………………………(51)下一代核燃料因太热而无法处理………………………………………………………………………(51)美国和土耳其达成核能合作协议………………………………………………………………………(52)AREVA集团计划在美国爱达荷建造1座耗资20亿美元的铀浓缩厂…………………………………(52)英国NexiaSolutions公司发明放射性调查新技术…………………………………………………(52)英国新建核再循环工厂…………………………………………………………………………………(53)英国将为日本进行乏燃料后处理………………………………………………………………………(53)英国公布2007年核潜艇事故原因……………………………………………………………………(53)俄罗斯又关闭1座产钚堆………………………………………………………………………………(54)已有10吨俄罗斯高浓铀成功转化为低浓铀…………………………………………………………(54) 俄罗斯将在西部加里宁格勒建设核电站………………………………………………………………(54)俄罗斯可能为蒙古建设1座核电站……………………………………………………………………(55)苏联首艘核潜艇研制成功50周年……………………………………………………………………(55)俄罗斯可能会帮助英国处理退役核潜艇………………………………………………………………(55)法国Areva与日本核工业界签订31亿美元合同………………………………………………………(56)Areva将为日本高滨核电站供应MOX燃料……………………………………………………………(56)日本后处理厂位于地震带上……………………………………………………………………………(56)印度原型快堆建设到达里程碑…………………………………………………………………………(57)印度向美国出口重水……………………………………………………………………………………(57)铀稀缺困扰印度核电站…………………………………………………………………………………(57)印度将于2008年底发射月球初航……………………………………………………………………(58)巴基斯坦自印巴战争40年后首次公布国防预算计划………………………………………………(58)西班牙发生核泄漏………………………………………………………………………………………(59)最后一批乏燃料移出切尔诺贝利反应堆………………………………………………………………(50)澳大利亚未来铀工业产值将达170亿美元/年………………………………………………………(59)韩国从中亚购买2600吨铀……………………………………………………………………………(60)伊朗称将继续开展铀浓缩………………………………………………………………………………(60)4家外国公司有意向参与土耳其核电站竞标…………………………………………………………(60)发展中国家着眼于发展核电……………………………………………………………………………(61)哈萨克斯坦铀矿年产量将达4000吨…………………………………………………………………(61)越南立法批准使用民用核能……………………………………………………………………………(61) ·专利简讯· 专利简讯12项…………………………………………………………………………………………（62） 本期责任编辑王丽英 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 国际上核燃料循环多边方案及初步评估 顾忠茂 (中国原子能科学研究院，北京102413) 1引言 随着世界各国对能源需求的日益增长，越来越多的国家期望通过发展核能来确保长期的能源安全，减少温室气体的排放，改善环境质量。
预期在本世纪核能有可能在全球范围内得到较大发展。
另一方面，国际上核扩散的风险在不断增加，例如：伊朗核问题陷入僵局，朝核问题是否能从“去功能化”入手，最终实现半岛无核武化仍有悬念。
印度、巴基斯坦和以色列拒不参加核不扩散条约（NPT），且已成为事实上的核武器国家。
因此，有人认为NPT条约“不够充分”，还有人认为NPT条约“漏洞百出”。
面对核扩散风险上升的严峻形势，国际上有一种紧迫感，试图制定出一套新的游戏规则，寻求在全球核能扩大发展的形势下确保核不扩散机制权威性和可靠性的途径，从而强化NPT机制。
国际上曾有人主张，通过重新解释NPT条约有关获取核技术权利的条款，使非核武器国家接受部分放弃核技术的要求。
但多数非核武器国家不愿接受NPT条约的附加限制，从而使该途径难以走通。
另一种解决途径是，建立新的国际核燃料循环体系，它既能保证NPT条约所赋予的世界各国均有非歧视性地获得和平利用核能的合法权利，又能有效地防止民用核燃料循环中的高浓铀和分离钚(Pu)非法转用于军事目的，从而减小核扩散风险。
事实上，采用多国合作途径取代国家控制的铀浓缩、Pu分离或乏燃料处置的方式，曾 经在欧洲采用过，只是由于政治和经济理念的不同未能在欧洲之外实现。
近年来，国际上提出了一系列旨在实现上述目标的方案，其中最有影响力的为国际原子能机构（IAEA）的多边核能合作方案(MultilateralNuclearApproaches：MNA)、俄罗斯的“普京倡议”或全球核能基础结构倡议(GlobalNuclearPowerInfrastructure:GNPI)和美国的全球核能合作伙伴倡议（GlobalNuclearEnergyPartnership：GNEP）。
本文介绍上述三个倡议的出台背景、主要内容和近期进展，并试图剖析各倡议的主要特点，分析对我国核能发展可能产生的影响。
2IAEA的MNA简介 2.1MNA的历史背景和近期进展核能技术固有的军民两用性质，决定了在其 发展初期就面临两难处境，即如何在允许广泛和平利用核能的同时防止核武器能力的扩散。
所以，建立国际核燃料循环中心的设想由来已久。
早在二战刚结束后的1946年，美国犹太人
B.Baruch就提出了包括上述设想在内的所谓“Baruch计划”。
上世纪70～80年代，IAEA提出了若干有关核燃料循环中心的倡议，包括区域性核燃料循环中心（RegionalNuclearFuelCycleCenters:RFCC）、国际乏燃料管理集团、国际钚储存控制等。
近年来，事态的发展显示了进一步强化全球
1 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 核不扩散和裁军机制的必要性。
IAEA总干事巴拉迪提议，在现有核不扩散 机制下重新评估核燃料循环中敏感环节的加强国际控制，包括铀浓缩、后处理和乏燃料管理。
在2003年9月举行的IAEA大会上，巴拉迪重新提出议论了几十年的核燃料循环国际合作的设想，即MNA倡议。
在2004年6月举行的IAEA理事会上，巴拉迪宣布成立一个由23位成员组成的国际专家组，由前IAEA副总干事兼核保障处处长
B.Pelland先生任组长。
国际专家组工作的主要任务是，对核燃料循环的前段和后段可能采取的多边合作方式进行研究和评估，使之实现如下双重目标：①强化核不扩散机制；②使核能的和平利用具有更好的经济性和更大的吸引力。
2005年3月，IAEA专家组向总干事递交了研究报告。
在2006年9月IAEA大会期间，举行了核燃料供应保证和防扩散保证专题讨论活动。
2006年11月，IAEA总干事在理事会会议上表示，秘书处将编写一份概述可能的核燃料供应保证方案的报告，供成员国参考。
2007年6月21日，IAEA秘书处提交“总干事报告”，题为“建立可能的核能利用新型框架：核燃料供应保证的选择方案”。
IAEA秘书处认为，MNA框架应考虑核燃料循环的所有敏感环节，包括铀浓缩和后处理。
但多边核能框架的推进是一个渐进过程，目前首要关注的是确定低浓铀的供应保证。
IAEA秘书处注意到，在IAEA专家组的研究报告于2005年发表之后，国际上提出了围绕核燃料循环多边方案的许多不同的建议，包括：俄罗斯提出的GNPI倡议（2006年1月）、美国提出的GNEP倡议（2006年2月）、世界核协会提出的确保国际核燃料供应安全机制（2006年5月）、法国等6个铀浓缩服务供应国提出的可靠获得核燃料的多边机制概念（2006年6月）、日本建议的建立有助于防止核燃料供应中断的信息系统（2006年9月）。
“反对核威胁倡议”
2 国际理事会提出的向IAEA捐款建立IAEA低浓铀库存建议（2006年9月）、英国提出的浓缩契约(2006年9月）、俄罗斯提出的安加尔斯克国际铀浓缩中心（2007年1月）、德国提出的建立具有治外法权地位的多边铀浓缩中心建议（2007年5月）和奥地利提出的核燃料循环多边化建议（2007年5月）。
上述各种建议大多是以各种方式寻求提供低浓铀的供应保证。
IAEA秘书处认为，方案的多样性可以使燃料使用国根据其兴趣和需要选择合作方案，进而有可能增强向燃料使用国提供燃料供应的总体水平。
2.2MNA倡议的主要内容2.2.1IAEA专家组研究报告主要内容 2005年3月，IAEA专家组提交的研究报告认为，通过逐步引入MNA，可以实现下述双重目标：在确保全世界核燃料供应与服务的同时，提升民用核燃料循环的不扩散的保障水平。
MNA的要点如下：
(1)强化现有的商业市场机制：在个案基础上，签署长期合同和政府支持的透明供应商协议。
例如，商业燃料库、燃料租赁与（乏）燃料回取、为乏燃料储存和处置提供商业服务。
(2)发展与实施由IAEA参与的国际供应保证：可以研究不同的模式，特别是IAEA作为担保机构的模式（如作为燃料库的管理机构）。
(3)促使现有设施向MNA的自愿转移，并以此作为建立信心的措施：参加者包括NPT成员的非核武器国家、核武器国家以及非NPT国家。
(4)创建新设施的MNA：通过自愿协议和合同，建立多边（尤其是区域性）MNA。
对前段（如铀浓缩）和后段（如后处理、乏燃料储存与处置）核设施可以共同拥有、抽取权利或共同管理，一体化核电公司也可按这种方式进行服务。
(5)全世界核能进一步扩大的情景，可能要求发展具有强烈的多边合作（区域性的或洲的）特色的核燃料循环，也要求更广泛地包含IAEA和其它国际组织的合作。
核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 2.2.2IAEA总干事报告的主要内容如前所述，MNA框架涉及核燃料循环的所有 敏感环节，包括铀浓缩和后处理。
但是，这种包括了核燃料循环所有环节的多边核能合作将是一个十分复杂的框架，按照这一框架，要形成一个成熟的、可操作的多边核能合作方案，需要采取渐进的方式分阶段实施。
所以，作为启动MNA的切入点，IAEA总干事报告侧重于核燃料循环前段，特别是铀浓缩问题，期望在确保低浓铀供应的同时，防止铀浓缩技术的扩散。
IAEA总干事报告中提出了：①寻求低浓铀供应保证的可能框架，即三级安排框架；②有关供应保证的标准；③国际核燃料中心；④今后的步骤。
(1)三级安排框架一级安排：将通过现行全球核燃料供应市场安排予以提供。
当前铀浓缩市场以及铀转化和燃料制造市场的供需之间存在一种运作上的平衡。
二级安排：这是一种后备保证，它包括：①铀浓缩供应商提供的后备承诺：②拥有浓缩公司的政府作出的承诺；③拥有燃料制造商的政府作出的类似承诺。
对于低浓铀供应，在其中一个浓缩参与公司的供应被中断的情况下，将触发这种二级安排，事先谈妥的商业协议将要求其它所有浓缩参与公司以相等份额提供初始合同供应。
对于燃料组件供应，在触发二级安排的情况下，用户可在已经签订了承诺协议保证颁发出口和运输许可证的国家中寻求替代燃料制造商。
三级安排：这是在IAEA控制下的低浓铀最后储备和燃料制造协议。
这种最后储备可以是实物储备，也可以是虚拟储备，或是两者的结合。
实物储备将包括在一个或若干个不同场所储存的低浓铀，并订有在事先确定的标准得到满足的情况下确保低浓铀供应的协议。
虚拟储备将完全基于有关政府在预先确定的标准得到满足的情况下生产低浓铀或以其它方式提供低浓铀的承诺。
如果参与二级安排的任何浓缩公司或政府没有遵守其承诺，则将触发三级安排。
设想IAEA总干事将有责任和权利决定何时援用三级安排。
可以采取两种方式，即，或者是IAEA可以拥有实物或虚拟燃料库中的材料，或者是IAEA可以有充分权力利用燃料库中的材料。
鉴于燃料组件设计的多样性和持续改进，建立燃料组件实物库是不现实的。
但可采用一些防范燃料供应中断风险的办法，例如，确保每座反应堆都有若干燃料组件供应商，在反应堆场址始终保存一定数量的新燃料，在国内建设新的燃料制造能力。
应当指出，IAEA总干事报告中关于低浓铀供应的三级安排，与世界核协会2006年发布的报告中关于浓缩供应的三级安排基本相似，只是IAEA的三级安排范围更宽，除了浓缩铀之外，还包括铀转化和燃料元件制造。
很可能IAEA的三级安排是在世界核协会报告的基础上形成的。
(2)有关供应保证的标准对于在IAEA主持下的确保燃料供应的多边框架，秘书处提出了供理事会审议的下列标准：①供应中断必须是基于政治原因；②在供应保证框架下的需求国应具有一份生效的核保障监督协议，对提供的材料实施监督；③在最新的“保障监督执行情况报告”中，必须有需求国已申报材料未被转用的结论；④有关国家必须遵守理事会可能规定的诸如附加议定书之类的新的标准，并满足某些核安保和核安全的要求。
(3)国际核燃料中心国际核燃料中心在目前阶段将侧重于提供铀浓缩服务和低浓铀的供应保证。
可能有两种概念的中心，一是基于国家设施（如安加尔斯克铀浓缩中心），二是基于IAEA建立的设施。
对于前者，IAEA的作用主要是对核材料的释放作出决定；对于后者，IAEA的作用将扩大到铀浓缩厂的建设、运行和监督。
(4)今后的步骤秘书处可能会与感兴趣的IAEA成员国、工业界和其它利益相关者一道就上述可能框架进行磋商，制定有关供应保证的实施程序、标准和范本协定。
秘书处还可能与感兴趣的IAEA成员
3 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 国共同探讨建立可能的燃料储备和国际核燃料中心的问题。
此外，秘书处还将随时准备与感兴趣的IAEA成员国合作，进一步发展核燃料循环多边方案有关的现有建议和其它建议，包括核燃料和反应堆技术供应保证、乏燃料管理/处置和后处理/再循环。
3俄罗斯提出的GNPI倡议简介 3.1GNPI倡议背景近年来俄罗斯一直在积极推进在其境内储 存和后处理国外乏燃料的计划，俄罗斯杜马还以压例多数通过立法支持该项计划。
该计划试图建立能接收20000t乏燃料的储存设施，此举将为俄罗斯筹集200亿美元资金。
2001年7月，普京总统签署了同意进口乏燃料的法律，还设立了一个5人专门委员会，批准和审查乏燃料的接收。
但是，2006年6月，俄罗斯联邦原子能署(FAEA）宣称，将不就进口乏燃料问题进行谈判。
2006年1月25日，在俄罗斯圣彼得堡举行的欧亚经济联合委员会峰会上，俄罗斯总统普京提出了建立在IAEA监督下的国际核燃料服务中心的建议，即所谓“普京倡议”或GNPI倡议。
倡议包括：具有核燃料循环能力（尤其是铀浓缩和后处理等敏感技术）的国家向IAEA提供这些技术能力，建立若干国际中心；这些中心将有义务确保向放弃核燃料循环活动的国家提共非歧视性的燃料供应和燃料循环服务。
俄罗斯GNPI倡议的出台时间比美国GNEP倡议提前了12天，这也许不是一种巧合，而是反映了俄、美之间在争夺全球核燃料循环多边框架中领导地位的暗中角力。
众所周知，俄罗斯在进入本世纪以后一直在寻求推进以俄罗斯为主导的国际核燃料循环中心，包括在俄境内储存和后处理外国的乏燃料。
而美国在正式公布GNEP倡议之前的数月内，在国际上透露了其倡议的基本内容。
在此情况下，俄罗斯抢先公布GNPI倡议不足为怪。
4 3.2GNPI倡议的主要内容GNPI倡议是俄罗斯普京总统于2006年 1月25日在欧亚经济峰会上提出的。
普京总统说：“我们将安全保障视作一种多因素概念。
因此，俄罗斯试图扩大全球能源安全领域的合作。
”GNPI倡议的核心是发展全球核能基础设施，促进所有相关国家和地区平等获得核能，并保证严格遵守不扩散义务。
这种基础设施的关键可能是在IAEA控制下的国际性网络设施，提供包括铀浓缩和后处理在内的核燃料循环服务。
俄罗斯认为，有些国家以能源安全为理由发展本国的以铀浓缩和后处理为特色的闭式燃料循环，有可能产生核扩散风险；而G-8国家给别人获取民用核技术设置障碍的有关倡议，则被有些发展中国家视作侵犯了无核武器国家和平利用核能的合法权利，NPT条约的第IV款赋予了它们这种权利。
显然，现存的向发展中国家转让核技术方面的限制和为强化国际核保障而采取的措施，不能满足核不扩散的要求。
GNPI倡议的主要目标是，降低核扩散威胁，提高能源安全，确保在遵循核不扩散标准和承诺核不扩散义务的情况下，所有国家均能获得非歧视性的、有效的核能利益，包括核燃料和相关的服务。
普京倡议的另一个目标是，采用最先进技术，通过后处理和在国际快堆设施中再循环，及时解决乏燃料问题。
GNPI倡议实施战略分步推行，其第一步是，俄罗斯准备在其领土上建立一个国际铀浓缩合作中心，在IAEA的监督保障下为参与国提供铀浓缩服务。
这种合作计划的成功实施有可能在将来会扩展到所有环节，建立和运行包括乏燃料管理在内的国标核燃料循环服务设施。
GNPI倡议的进一步实施建议还包括：
(1)在开发具有创新性、防扩散性和固有安全性的反应堆及其燃料循环技术方面扩大国际合作，包括IAEA领导的创新型核反应堆和燃料循环国际合作项目(InternationalProjectonInnovativeNuclearReactorsandFuelCycles,INPRO)和美国领导的第4代核能系统国际论 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 坛(GenerationIVInternationalForum,GIF)。
这种合作可以是双边或多边的，包括建立专门的国际研究开发中心。
(2)发展核能安全领域的国际合作，包括为发展中国家发展核能经济建立国际培训中心。
4美国提出的GNEP倡议简介 4.1GNEP倡议出台的背景2006年2月6日，美国能源部发布了“全 球核能合作伙伴”（GNEP）倡议。
美国能源部声称，这是美国采取的一项新举措，旨在减小核扩散威胁的同时，扩大全球范围内对安全、洁净和经济的核能利用。
可以从三个方面了解GNEP出台的背景，一是美国试图通过扩大核能发展，解决长期的能源安全问题；二是美国意识到它多年来鼓吹的核燃料“一次通过”的方案在实际上行不通，必须通过核燃料闭式循环，实现废物最少化，才能大大缓解尤卡山地质处置库库容不足的压力；三是美国担心核燃料闭式循环会增加核扩散风险，所以提出所谓具有防扩散功能的新的燃料循环技术，并建议建立国际核燃料服务财团，将世界核能国家划分为所谓的“核燃料供应国”和核能“使用国”，将核燃料闭式循环限制在少数国家中进行，以降低核扩散风险。
4.1.1发展核能以确保美国长期的能源安全 预期21世纪美国的电力需求将大幅增长。
能源信息局的预测表明，2030年美国发电装机容量需要在现在的970GWe的基础上新增345GWe以上。
这就需要在今后20年中建设一大批发电厂。
尽管美国现有核电站的运行业绩优良，但25年来没有建设新核电站的订单。
最近几年建设的发电厂主要是燃气电厂，且还会建设新的燃气电厂。
对天然气这类燃料的过度依赖，将会导致美国能源供应长期安全的潜在脆弱性。
建设并运行新的核电站将会减少这种脆弱性，并可改善大气质量。
即使维持目前核电占20％的比例，美国必须从2015年起每年建设3～4座 核电站。
2001年，美国总统批准的国家能源政策要 求将核能作为关键能源而扩大利用，以保证长期的能源安全。
2002年，美国开始实施2010年核电计划，该计划发展的技术核心是“三代＋”先进轻水堆设计，使之比目前核电站设计具有更好的安全性和经济性。
将会在西屋公司开发的AP-1000和GE公司开发的ESBWR技术的基础上进行开发。
2005年，布什总统签置署了一项法案(EPACT2005），授权为实施2010年核电计划提供资金。
美国政府和工业界将为2010年核电计划共同分担投资风险。
对于新建的首期2座反应堆，将有资格获得高达5亿美元的延期保护费；对二期4座反应堆的建设，可获得首期50％的延期保护费。
对最先建设的几座新核电站的投资，将为今后建造核电站验证一种理顺了关系的程序，为将来核电的大规模发展铺平道路，促进美国的能源安全。
4.1.2解决困扰美国进一步发展核能的核废物 问题众所周知，美国基于核不扩散的政治考虑，卡特行政当局于1977年制定了冻结快堆和后处理的核能政策，主张乏燃料“一次通过”的循环方式。
这一政策在国际上引起了很大争议，并没有得到其它国家的响应，还在一定程度上束缚了美国自己的手脚，使美国逐渐失去其在核能及其核燃料循环方面的全球领导地位。
到了上世纪末，美国人开始反思和质疑卡特的能源政策。
对制定美国能源政策极具影响力的参议员
P.V.Domenici在“钚2000年国际会议”上说：“我们现在将乏燃料当成废物。
但是，我完全不能相信，我们的后代会同意我们剥夺他们从乏燃料中开发潜能的权利。
”美国的官方立场也发生了逆转，2001年5月布什总统宣布的能源政策中指出，应考虑发展后处理技术。
30多年来，美国的核电站积累的乏燃料已达50000t以上，而尤卡山处置库的容量约为
5 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 70000t。
如果乏燃料直接处置，则用不了几年尤卡山处置库就会装满，而乏燃料中构成长期危害的Pu、次锕系元素（MA：Np、Am、Cm）和长寿命裂变产物（129I、99Tc）仅占乏燃料的1％左右。
显然，乏燃料“一次通过”的做法既不合理，也缺乏可操作性。
美国在今后需要扩大核能利用的同时，急切地感到乏燃料“一次通过”之路在实际上走不通。
于是美国不得不否定当年卡特“冻结快堆和后处理”的核能政策，提出了GNEP计划。
美国希望将乏燃料再循环，利用超铀元素的能量，而不是将其作为废物处置掉，只是将分离出的裂变产物进行地质处置。
这样，需要地质处置的废物体积可以大大减小（约50倍），减少废物固化体的热负荷从而改善处置库的释热管理，减少需要地质处置的长寿命核素总量。
美国人认为，如果GNEP计划得以实施，则美国在21世纪只需一个地质处置库就够用了。
4.1.3美国试图提出防扩散的全球核燃料循环 解决方案从美国的最高国家利益出发，美国最担心的是燃料循环导致的核扩散。
美国试图从核燃料循环技术和核燃料管理体系两个层面，双管齐下地防止核扩散。
在闭式燃料循环技术方面，美国提出所谓具有防扩散供能的燃料再循环技术，其关键是在后处理过程中不产生纯的分离Pu，而是将Pu和MA混在一起后，制成混合燃料，在“先进焚烧快堆”内燃烧。
为了防止核燃料循环的敏感技术（后处理）在全球的扩散，美国提议建立一个“可靠的国际核燃料服务财团”，参与该财团的国家分两类，一类是“燃料供应国”，这类国家既可以运行核电站，也可以运行燃料生产和转运设施；另一类是“使用国”，这类国家只能运行核电站，其所需核燃料由“燃料供应国”提供，核电站卸出的乏燃料将运回“燃料供应国”进行处理。
“使国国”只要能得到可靠的燃料服务，这些国家就没有必要去开发浓缩铀和后处理技术。
美国试图让
6 世人相信，只要通过这一机制，就可以防止核扩散，在确保全球安全的情况下，使世界各国获得足够的核能。
4.2GNEP倡议的主要内容 GNEP倡议声称的四大目标为：
(1)减少美国对外国化石能源资源的依赖；
(2)采用新的防扩散的核燃料循环技术，获取更多的能源，产生更少的废物；
(3)鼓励全世界的洁净能源发展；
(4)采用最新技术，降低全球核扩散风险。
GNEP倡议包括下列七大要素；
(1)在美国建设新一代核电站；
(2)发展并采用新的核燃料再循环技术；
(3)为在美国有效管理和最终储存乏燃料开展工作；
(4)设计先进的焚烧反应堆，用再循环燃料产能；
(5)建立核燃料服务计划，在尽量降低核扩散风险的情况下，使发展中国家获得核燃料并经济地利用核能；
(6)为发展中国家的需要，设计和建设小型反应堆；
(7)改进核保障，强化防扩散能力，提高核安全。
美国认为GNEP倡议是一项全新的战备，通过验证并采用新的核燃料循环和核废物最少化技术，并改进核技术与核材料的控制能力，以免落入恐怖分子手中。
美国能源部长Bodman说：“GNEP为全球上升的经济提供事实上无限能源带来希望，这种能源既是环境友好的，又能降低核扩散风险。
一旦GNEP计划得以实现，则全世界将有更好、更清洁和更安全的生活环境。
” 5对三个倡议的初步分析 5.1三个倡议的共同点如前所述，核技术固有的军民两用性质，决 定了在其发展初期就面临两难处境，即如何在允许广泛和平利用核能的同时防止核武器能力的扩散。
从这个意义上说，MNA、GNPI和GNEP是 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 几十年前的老概念在新的历史条件下的具体体现。
随着世界各国对能源需求的日益增长，越来越多的国家希望发展核能，预计核能在本世纪会得到较大发展；另一方面，国际上核扩散的风险却在不断增加。
面对上述越来越严峻的形势，上述三个倡议的基本目标是大致相同的，即试图建立的国际核燃料循环体系，它既能保证NPT条约所赋予的世界各国均有非歧视性地获得和平利用核能的合法权利，又能有效地防止民用核燃料循环中的高浓铀和分离Pu非法转用于军事目的，从而减少核扩散风险。
基于上述目标，三个倡议都认为，扩大全球范围内核能的发展，并不需要让所有发展核能的国家都发展自己的核燃料循环技术和进行核燃料循环生产活动。
核燃料循环的经济性与核能发展规模大小有关，对于一些中小国家或者核能发展规模不大的国家，在其境内建设和运行独立完整的核燃料循环工业体系，显然很不经济。
如果全世界所有发展核能的国家都搞铀浓缩和后处理，这既不经济和不安全，也容易加大核扩散风险。
建立并运行若干国际性的核燃料循环生产中心，为世界各国提供核电用核燃料和燃料循环服务，似乎是有必要和合理的。
上述思想反映在IAEA的“多边（区域性或洲的）合作”（如总干事报告中提出的保证低浓铀供应的三级安排框架）、俄罗斯的“国际核燃料服务中心”和美国GNEP倡议的“燃料供应国”与“燃料使用国”等提法之中。
5.2三个倡议各自的动机5.2.1IAEA出台MNA的动机 很显然，IAEA出台MNA的动机就是为了进一步强化全球核不扩散与军控机制。
过去几年的事态表明，核武器扩散问题的争论集中在一些国家和集团的秘密核技术交易上。
所以，有人认为1970年生效的NPT条约存在很多漏洞，必须寻求确保核不扩散机制权威性和可靠性的途径，从而强化NPT条约。
IAEA曾提出过两种基本途径：
(1)通过重新解释NPT条约有关获取技术权利的条款，使非核武器国家接受部分放弃核技术的要求。
但多数非核武器国家不愿接受NPT条约的附加限制，从而使该途径难以走通。
(2)采用多国合作途径取代国家运行的铀浓缩、Pu分离和乏燃料处置，即MNA。
人们对MNA概念争论了几十年，现在似乎又回到了为支持核燃料循环的MNA模式取得共识的时候了。
在MNA框架下，IAEA可作为担保机构发挥其中心作用。
IAEA强调，参加MNA体系的成员国一律平等，体现“非岐视性”原则。
迄今为止，MNA取得的实质性进展不大。
5.2.2俄罗斯GNPI倡议的动机与效果 从俄罗斯积极推进在其境内建立国际铀浓缩中心、储存国外乏燃料并进行后处理的计划可见，俄罗斯希望通过吸收国际资金，恢复和扩建俄罗斯的核燃料循环设施，重振其作为核大国的形象，取得在核燃料循环产业方面的主导权。
例如，GNPI倡议建议在俄罗斯境内建立国际铀浓缩中心，利用俄罗斯的设施为国外提供核电用低浓铀，国外核电站用过的乏燃料运回俄罗斯进行储存，在俄罗斯的中心培养国外技术人员。
俄罗斯试图通过上述活动获取可观的经济利益。
同时，俄罗斯十分看好快堆核能系统（包括快堆增殖和闭式燃料循环）在核能可持续发展中的应用前景及其潜在的巨大商机，其商用快堆BN-800正在建设之中，预期于2012年建成并投入运行。
2009年9月启动的由IAEA领导的INPRO项目，实际上是由俄罗斯倡导、策划并积极推动的。
俄罗斯希望通过推进INPRO项目，将研究成果纳入俄罗斯提出的GNPI框架之中，从而继续保持俄罗斯在快堆核能系统商用化方面的全球领先地位。
所以，可以明显地看出，维护其作为核大国的政治和经济利益是俄罗斯提出GNPI倡议的最大推动力。
当前，俄罗斯侧重于国际铀浓缩中心的建设和运行。
俄罗斯于2006年年底开始在安加尔斯克建立第一座接受IAEA的保障监督的国际铀
7 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 浓缩中心，该中心将为新的核能国家的核电站提供低浓铀，但不允许它们获得铀浓缩技术，即采用所谓“黑匣子”的模式运行，以防止敏感技术的扩散。
国际铀浓缩中心是一个开放式股份公司，俄罗斯表示所有国家都可参加该铀浓缩中心，并特别建议伊朗和印度加入该中心，以体现GNPI倡议的“非歧视性”原则。
尽管迄今只有哈萨克斯坦一家宣布加入俄罗斯的国际铀浓缩中心，但它毕竟是近年来若干核燃料多边合作倡议惟一取得实质性进展的一个例子。
目前，安加尔斯克国际铀浓缩中心中俄罗斯和哈萨克斯坦的股份分别为90％和10％；俄罗斯愿意将其股权降为51％，将其余39％的股权让给新加入中心的成员。
俄罗斯将利用在铀浓缩方面的技术与能力优势，通过安加尔斯克国际铀浓缩中心抢占新的国际铀浓缩市场，实现在国际核燃料循环产业中取得主导权的近中期目标。
5.2.3美国GNEP倡议的动机 由GNEP倡议的出台背景可见，GNEP倡议制定者首先考虑的是美国国内的能源安全问题。
如前所述，美国为了减少对化石燃料的过度依赖，确保长期能源安全，并减缓温室气体排放压力，决定将核能作为关键能源扩大发展。
当前，制约美国核能进一步发展的最主要因素是乏燃料问题，推行了30年的核燃料“一次通过”政策，使美国积累了50000t以上的乏燃料，成了美国发展核能的最大障碍。
为了解决困扰美国核能发展的乏燃料问题，美国必须摒弃“一次通过”政策，实行核燃料闭式循环的技术路线，以便大大减少需要地质处置的高放废物体积，从而排除发展核能的后顾之忧。
由此可见，美国在核能及其核燃料循环技术路线方面的重大转变，完全是美国国内核能发展战略的需要。
美国提出的GNEP倡议的原动力，是为了应对其困扰核能发展而急需解决的乏燃料问题。
美国提出GNEP的第二个动机是防止核扩散。
美国一直认为核燃料闭式循环核扩散风险很大，所以在上世纪70年代冻结了后处理和快
8 堆，实行核燃料“一次通过”政策。
美国现在重新回到核燃料闭式循环的技术路线，试图利用GNEP框架，将核燃料循环技术与产业局限在少数几个国家，以达到防止核扩散的目的。
美国提出GNEP的第三个动机，是恢复美国在核能及核燃料循环方面的全球领导地位，美国认为它关系到美国的国家安全、国际影响以及全球稳定。
在过去的30年中，美国推行的核燃料“一次通过”的政策，使其在核能及核燃料循环等方面逐渐失去了全球领导地位，在某些方面已落后于法国、俄罗斯和日本。
美国试图通过推行GNEP计划，在国内加大反应堆和核燃料闭式循环等技术的研究开发力度，建设一批新的基础设施，培养一些年轻的核科技人才，全面提升美国在核领域的能力与水平，恢复其在全球的领导地位。
总之，尽管美国声称GNEP的目的在于“扩大全球范围内对安全、洁净和经济的核能利用”，但实质上，GNEP是从美国自身的最高利益出发，试图解决困扰其大规模发展核能的乏燃料等难题，应对由核燃料闭式循环所带来的核扩散问题，并使美国重新获得在核能及其核燃料循环体系的全球领导地位。
5.2.4美国GNEP进展情况 自GNEP倡议公布以来，美国能源部投入很大力量，积极与法、日、俄、英、中等国斡旋。
2007年5月21日，美、法、日、俄、中5国签署了《联合声明》；2007年9月16日，美、法、日、俄、中等16国签署了《原则声明》；美国还与法、日、俄、中等主要伙伴国分别签署了双边合作《行动计划》。
从技术层面看，IAEA总干事提出的MNA在目前阶段所考虑的低浓铀三级安排框架和俄罗斯提出的国际铀浓缩中心，均属于核燃料循环前段，涉及的是成熟的工业技术，其中最敏感的是铀浓缩技术；美国提出的GNEP倡议主要针对核燃料循环后段，包括美国正在开发的不分离纯钚的后处理技术，Pu与MA混合燃料制造技术和焚烧快堆等技术，均属于尚待研究开发的不成 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 熟的技术，尚存在不少不确定因素，这表明GNEP框架下技术方案的商业实施将是15～20年以后的事情。
美国提出开发不分离纯Pu的后处理技术，将Pu与MA一起在焚烧快堆中燃烧，采用这种技术路线，是美国试图减轻沉重的乏燃料负担的现实需要，符合美国国情。
从各主要伙伴国核能及其核燃料循环的现实情况和今后发展看，日本和中国将先考虑核燃料增殖，后考虑核废物焚烧；俄罗斯将兼顾核燃料增殖与核废物焚烧；法国因核电发展规模很大，可能需要先考虑核废物焚烧，后考虑核燃料增殖。
各国基于不同的核能发展战略，其核燃料循环的技术路线也不尽相同。
所以，GNEP伙伴国并不赞成美国提出的核燃料循环方案作为惟一的技术方案。
在我国代表的提议下，美国最终不得不同意在《原则声明》中写明：“需要通过采用多种途径和技术路线以实现未来全球民用核燃料循环的长远目标”。
由于各主要伙伴国坚持各自既定的核能发展战略和燃料循环技术路线，所以，美国也同意在《原则声明》的最终文本中加上如下表述：“采取最易实现的燃料循环途径，有效率、负责任地利用能源和自然资源”。
当然，这些国家也不拒绝与美国在燃料循环技术等方面的合作。
可以说是采取应付的态度，对GNEP的期望值似乎不高。
另外，美国国内政治、技术等方面的因素，也会影响GNEP今后的走向。
GNEP在美国国内一直存在着激烈的争论，反对者认为GNEP的出台没有经过慎密的考虑，提出的技术方案很不成熟，没有令人信服的经济性，会增加核扩散风险等。
有人也担心（或者希望），2008年的美国大选若民主党胜出，GNEP的前景可能会出现变数。
6有关GNEP倡议的一些问题 6.1GNEP计划属于美国核能长期发展战略中的过渡阶段GNEP计划只提发展焚烧快堆而回避增殖快 堆，只涉及了核废物最少化而回避资源的充分利用。
众所周知，核能可持续发展的关键是铀资源的充分利用和核废物最少化。
增殖快堆可以使铀资源的利用率从不足1％提高到60％～70％，从而使核裂变的使用从上百年延长到几千年。
所以，从核能可持续发展的角度出发，发展增殖快堆是必由之路。
IAEA前总干事
H.Blix先生在谈及GNEP时指出，由于世界铀价保持低位，后处理和MOX燃料的经济性比预期的差，但现在世界上已有一些增殖快堆，今后会有更多的增殖快堆，需要Pu装料。
所以，Blin不认为应该逐步淘汰增殖快堆，GNEP也应以上述考虑为基点。
所以，GNEP的只考虑焚烧快堆而回避增殖快堆的技术路线，与核能可持续发展长远目标不一致，或者可以说，GNEP计划只是包含了核能可持续发展目标的一部分。
正是因为上述原因，美国起草的《原则声明》文本初稿中只强调了“环境可持续”，避而不谈“资源可持续”，理所当然地遭到了包括中国在内的其它主要伙伴国的强烈质疑，美国不得不在最终文本中笼统地写上“可持续”，其含义既包括环境的、又包括资源的可持续。
按照2005年5月美国能源部发布的先进燃料循环倡议(AdvancedFuelCycleInitiative：AFCI）的发展规划，在大约2050年之前，美国的核燃料再循环属于“过渡（Transitional）阶段”，该阶段主要是消耗从热堆乏燃料中分离出的Pu和MA；在大约2050年之后，美国的核燃料再循环将进入“可持续（Susained）阶段”，将利用后处理分离出的铀（堆后铀）或贫化铀进行燃料增殖，以确保核能的可持续发展。
由此可见，美国的核燃料循环发展战略是符合美国目前已积累大量乏燃料的现状和今后核能长期发展需求的，所以是一种适合于美国国情的发展战略，这一发展战略可以概括为“先焚烧、后增殖”。
在这一长远发展战略中，GNEP提出的技术方案，可以认为是属于美国核能长期发展规划中的过渡阶段的技术路线。
既然如此，美国试图在GNEP
9 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 倡议中让其它国家套用美国核能发展“过渡阶段”的技术方案的做法，显然是没有道理的。
6.2后处理流程问题6.2.1关于Urex＋流程的防扩散功能 如前所述，在美国需要扩大核能利用的情况下，急切地感到乏燃料“一次通过”之路在实际上走不通，于是不得不恢复闭式燃料循环的核能政策。
但是，美国又担心传统后处理Purex流程分离Pu所带来的核扩散风险，所以在GNEP计划中提出了新的后处理流程（Urex＋），其关键是在后处理过程中不产生纯的可用于制造核武器的分离Pu，而是得到Pu和MA的混合产品。
同时，在不影响快堆运行的情况下，产品中可含有适量的裂变产物，其放射性辐射可防止恐怖分子的接近。
所以，GNEP的制定者认为这种产品具有防扩散作用。
应当承认，Urex＋流程所得到的混合超铀产品具有一定的γ辐射，增加了非法转移或盗窃这种产品的难度。
但有些学者指出，Urex＋流程的防扩散功能是十分有限的，其理由如下：
(1)可以从超铀混合物中提取Pu。
超铀混合物中除了Pu之外，主要是Np、Am和Cm，采用已有的化学分离技术很容易从中提取出纯Pu，只要有良好的α密封设施即可；如果超铀混合物中含有少量裂变产物，在有适当的γ屏蔽条件下，可以保证操作人员的安全。
这意味着，即使Urex＋流程不产生纯的分离Pu，也很难防止有人从超铀混合物中获得分离Pu。
(2)超铀混合物本身也可能作为核爆炸材料。
超铀混合物的自发裂变中子发射率比武器级Pu高3个数量级，研究表明，自发裂变中子发射所导致的提前起爆将使核弹的爆炸当量从20kt降低至小于1kt，但仍然具有破坏性。
所以，作为性能较差的核武器材料，超铀混合物并不比工业Pu差太多。
(3)含有少量裂变产物的超铀混合物没有显著的辐射自保护能力。
按照IAEA设定的核材料辐射自保护阈值定义，距核材料1m远处的辐射剂量率为1Sv/h，而含有少量裂变产物的 10 超铀混合物所产生的辐照剂量率远低于这一阈值。
6.2.2开发防扩散后处理技术的必要性问题 如果认为美国提出的新型后处理流程的防扩散功能有限，且GNEP倡议又只允许少数有信誉的且已掌握了敏感技术的“燃料供应国”进行后处理等核燃料循环活动，就没有必要过多地考虑含Pu产品本身是否具有防扩散功能，因为所谓“燃料供应国”主要是4个核武器国家（英国暂时除外）和日本，这些国家除日本之外本身不存在核扩散问题，在这些国家发展所谓“防扩散”的后处理技术没有多少实际意义。
依此类推，铀浓缩技术同样具有高度的扩散风险，按照GNEP制定者的逻辑，难道需要摈弃现有的离心法生产低浓铀的技术而开发新的“防扩散”的铀浓缩技术吗？ 反过来讲，如果认为Urex＋流程具有防扩散功能，就没有必要害怕“燃料使用国”（例如韩国）也掌握和使用它。
显然，GNEP关于开发防扩散的后处理技术的理由未必充分。
为了防止核扩散，国际上应更多地注意如何加强IAEA对燃料循环生产活动的保障监督和实物保护。
6.2.3Purex流程今后的出路问题 按照GNEP设计者的意图，在今后实施GNEP计划时，燃料供应国（或燃料循环国）运行的轻水堆乏燃料后处理流程是美国推荐的Urex＋流程，而不是传统的Purex流程。
乏燃料后处理Purex流程起初是为生产核武器Pu而发展起来的。
后来，该流程被用于核电站乏燃料的后处理且一直沿用至今，只是随着燃耗的提高，核电站乏燃料后处理的技术难度更高，所以后处理技术一直在进行改进。
后处理工艺的进一步研究包括对Purex流程的改进，包括简化工艺流程，降低投资费用；采用无盐试剂，减少废物产生量。
法国Areva正在开发Coex流程，该流程产生的U-Pu共沉淀产物，可直接作为制造MOX燃料的原料。
上世纪90年代国际上提出了先进燃料循 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 环概念，即除了从乏燃料中分离U和Pu外，进一步分离出MA和长寿命裂变产物（LLFP），将其制成燃料或靶件，利用快堆或加速器驱动的次临界装置（ADS）进行嬗变，从而在充发利用铀资源的同时，实现核废物最少化。
针对上述要求，各国目前主要的技术路线是改进现有的Purex更好衔接，这就是所谓“后处理-分离”(Reprocessing-Partitioning）方案。
由此可见，对传统的水法Purex流程的改进仍然是目前各国对压水堆乏燃料后处理研究的主要方向。
国际先进核能系统研究（如INPRO项目和GIF项目）均肯定了快堆增殖燃料的必要性，而增殖快堆需要由压水堆乏燃料后处理产生的分离Pu为其装料。
所以，既然承认发展增殖快堆对核能的可持续发展是必需的，则就没有必要回避Pu的增殖和Pu的分离，也就没有必要放弃传统的水后处理Purex流程而改用Urex＋流程。
事实上，法国、英国、俄罗斯、日本、印度和中国等均在积极开展基于Purex流程的先进后处理流程研究。
相信各国不会轻易改变已开展多年的后处理研究开发技术路线。
尤其是印度，已在后处理技术的自主研究开发方面已取得了举世瞩目的成就。
2005年6月，印度在世界上首次完成了采用Purex流程的快堆乏燃料（燃耗100GWd/kg）后处理实验。
相信印度独立自主研究开发后处理技术的决心和能力是不会受制于人的。
所以，如果美国为了焚烧Pu和MA而决定采用Urex＋流程，则是基于美国的国情制定的特殊的后处理技术路线，但这一技术路线不应强加于他国。
别的国家有权结合自己的国情，从核能可持续发展需要出发，继续改进和发展Purex流程。
当然，从后处理分离产品与MOX燃料制造相衔接和降低后处理成本的角度看，不追求纯净Pu产品而获得U-Pu混合产品的做法是可取的。
6.3GNEP倡议的燃料供应体系问题 GNEP计划建议建立一个可靠的国际核燃料 供应服务体系，它将全世界的核电国家分为两类：一类是燃料供应国（或燃料循环国），它们既可运行核电站，也可进行燃料循环；另一类是燃料使用国，它们只运行核电站而不能进行燃料循环活动。
为此美国将牵头成立一个由拥有先进核技术的燃料供应国组成的国际财团，向燃料使用国提供费用合理的核燃料租赁服务，并将乏燃料返回燃料供应国进行再循环处理。
美国提出的燃料供应国，除了5个核武器国家，还将包括一些美国认为的“好伙伴”，如已掌握了敏感技术的日本和德国以及有国际核燃料供应方面信誉良好的加拿大和澳大利亚等。
与GNEP不同，IAEA的MNA倡议没有将世界核电国家区分为“拥有”和“不拥有”燃料循环技术的两大类，IAEA倡议的燃料库并不限制任何人。
俄罗斯的GNPI倡议也欢迎所有有兴趣的国家参加核燃料循环国际中心，连伊朗也可以参加。
相比之下，不少国家认为GNEP是一个“不平等”或“歧视性”的倡议。
例如，韩国为了保证其能源安全也在核燃料循环方面开展了大量的研究开发，不愿意被列入燃料使用国，故于2006年3月中旬派了一个代表团赴美磋商。
美方表示考虑欠周，说韩国似应属于介于供应国和使用国之间的第三类国家。
但韩国专家透露，韩国希望成为燃料供应国的一员。
所以，韩国没有在《原则声明》上签字。
采用双重标准是美国处理国际事务方面的一贯做法，GNEP也不例外。
众所周知，澳洲的铀矿资源十分丰富，全世界低价位铀矿床的40％在澳洲，澳大利亚目前的核工业仅限于铀矿开采和出口“黄饼”。
面对全球核能良好的发展前景，澳大利亚希望在国内建立从“黄饼”到燃料棒的核工业生产体系，以提高铀产品的附加值。
为此，需要在澳大利亚建设一座铀浓缩厂。
2006年6月，澳大利亚总理霍华德在访问美国时向布什总统提出了澳大利亚希望建设铀浓缩厂时，得到了布什总统的支持。
布什还建议， 11 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 澳大利亚和加拿大作为世界最主要的天然铀出口国，参加美国倡议的GNEP，组建一个卡特尔(国际商业联合体），进行铀浓缩和燃料制造，并将燃料棒“租赁”给核电使用国，并返回乏燃料。
必须指出，铀浓缩是国际上极为敏感的核技术，为了防止伊朗掌握生产高浓铀的技术，美国竭力反对伊朗以发展核能的名义进行铀浓缩的研究开发。
美国在反对自己的敌人伊朗高铀浓缩的同时，却又鼓励自己的盟友高铀浓缩。
显然，伊朗人绝对不会接受美国的这种双重标准。
美国一贯采用的双重标准，打破了国际上普遍公认的游戏规则，违背了国际事务中应共同遵循的普适准则，从而无助于在新的形势下建立新的国际秩序，而只会使国际关系更加复杂化。
还有一个值得探讨的是关于国际核燃料循环生产中心的运行机制问题。
如前所述，IAEA的MNA倡议是在现有的核燃料国际商业市场机制的基础上，逐步形成核燃料循环多国合作中心，这些中心将纳入IAEA的框架，接受IAEA的领导。
对于诸如后备燃料库的管理，IAAE将作为担保机构。
俄罗斯的GNPI倡议也强调，国际核燃料循环服务中心是在IAEA控制下的国际网络设施，提供包括铀浓缩和后处理在内的核燃料循环服务。
美国提出的GNEP倡议中，一开始只字未提IAEA在燃料供应国集团或核燃料循环国际商业联合体中的作用。
我们认为，涉及全球范围的核能合作问题，纳入IAEA的框架是顺理成章的。
当然，在国际燃料服务中心中，美国、俄罗斯等国无疑可以扮演更重要的角色，但如果离开IAEA的领导或监督，这种国际中心是否具有足够的权威性和可操作性令人质疑。
7对MNA、GNPI和GNEP初步评估 7.1民用核燃料循环的国际化可能是今后发展趋势纵观世界能源供需形势的发展，世界油、气 的价格持续走高和油、气资源渐趋枯竭的前景，使得越来越多的国家将核能视作确保其长期能源安全的重要替代能源。
随着核能在世界范围内的扩大发展，今后核能的开发与部署将比以往更加具有国际性，国际合作将越来越重要。
同时，扩大核能发展与强化核不扩散机制之间的关联也愈加重要，尤其是在确保相关国家获取核燃料循环的产品和服务的同时防止敏感核技术的扩散。
防止核扩散不可能是某个国家的行为，必须依靠世界各国的通力合作。
打破各国自成封闭体系的格局，建立新的国际核能生产与利用体系，形成新的在IAEA的控制之下的保障监督机制，有可能是今后世界核能发展的趋势。
近年来的一些国际合作倡议，包括GIF、INPRO、MNA、GNPI和GNEP，正是这一发展趋势的体现。
GIF和INPRO主要是在研究开发新型核能体系的技术方面开展国际合作，MNA、GNPI和GNEP倡议则除了技术层面的问题之外，更加注重于发展一种保证核燃料循环产品与服务供应系统的国际性框架，以帮助世界各国扩大核能的和平利用，并限制敏感核技术的扩散，从而强化国际核不扩散机制。
民用核燃料循环中的铀浓缩和后处理技术，既是成本很高又是极其敏感的技术。
所以，在理想情况下，燃料循环的经济性和防扩散性均不希望所有国家都建立燃料循环体系，而应通过若干国际燃料循环中心，保证世界各国的燃料供应和服务。
从长远看，我国作为一个负责任的核能发展规模很大的国家，应当有参与民用核燃料循环国际合作相关国际事务的思想准备。
7.2IAEA的MNA框架较难顺利推进 IAEA作为联合国的机构，理应在国际核能发展领域的相关事务起到领导作用。
但是，迄今由IAEA主导的核能发展及防扩散工作主要局限在核保障监督方面，从2003年总干事重新提出MNA框架以来，MNA的推进似乎并不 12 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 很顺利。
控制了国际铀浓缩市场的工业界认为，目前 的国际铀浓缩运行良好，有史以来从未发生过供应中断事件。
IAEA作用局限在核材料的保障监督以及为低浓铀供应提供最后一级（三级）的后备保证。
更主要的是，美国和俄罗斯这两个核大国对IAEA提出的MNA倡议似乎没有作出积极响应和支持，相反，俄、美两国另搞一套，先后在2006年初推出了GNPI和GNEP倡议。
出席2007年国际安全会议（2007年10月21～23日，新加坡）的一位俄罗斯代表甚至嘲笑MNA迄今为止只是“一纸空文”而已。
在美、俄两个核大国反应如此冷淡的情况下，预计IAEA提出的MNA难以获得顺利推进。
例如，既然俄罗斯已经建立了国际铀浓缩中心，IAEA想再建立由它领导的国际铀浓缩中心，恐怕难度就更大了。
由于我国核燃料循环前段的生产能力与我国核电的需求基本匹配，且还在进一步扩大，以满足我国核电增长的需求。
所以，预计IAEA提出的低浓铀三级安排方案对我国不会构成较大影响。
当然，我们应尊重和维护IAEA的权威性，积极参与由IAEA领导的核燃料循环多边方案所涉及的相关活动，并逐步提升我国在该领域的国际影响力。
一旦MNA框架的工作内容深入到核燃料循环后段，我国将需要更多地卷入相关问题的国际研讨。
7.3GNEP和GNPI反映出美、俄争夺核燃料循 环多边安排主导权的角力俄罗斯抢在美国发布GNEP倡议之前发布 GNPI倡议，显示了俄罗斯在核燃料循环技术方面的实力，尤其是在铀浓缩技术和能力方面均具有明显优势。
显然，俄罗斯并不甘心随GNEP而起舞，决心自己搞一套与之竞争。
尽管美国为推动GNEP所投入的力量和在国际上造的声势很大，美国动员了30多个国家参加2007年9月16日的GNEP《原则声明》发布会，但国际上迄今只是就GNEP所涉及的一些原则问题进行了讨论，实质性的成果很少。
俄罗斯却利用其在铀浓缩方面的优势，抢先推出了世界上第一个国际铀浓缩中心。
可以说，俄罗斯在其与美国争夺核燃料循环国际化方面略胜一筹。
美、俄两国在核能领域的角力也反映在对新型核能系统的研究开发方面。
2000年1月，美国启动了由它领导的“第4代核能系统国际论坛(GIF）”，其成员国不包括俄罗斯；2000年9月，IAEA启动了实际上由俄罗斯积极倡导、策划并推动的创新型核反应堆和核燃料循环国际合作项目（INPRO），该项目一开始的成员国中不包括美国。
与GNPI和GNEP在同一年内出台一样，GIF和INPRO也在同一年内出台，这显然不是时间上的巧合，而是折射出美、俄两国试图争夺在新一代核能系统的研究开发方面的全球领导地位。
2006年4月在维也纳举行的INPRO特别会议上，美国代表建议INPRO项目的相关研究开发内容不要与其它国际合作开发项目“重叠”，俄罗斯代表则反唇相讥道：“一种矿泉水，有人喝了，难道别人就不能再喝了吗？”美、俄两国的明争暗斗可从美俄代表的颇情绪化的“较劲”中略见一斑。
（编者注：本文原文列有24篇参考文献，现因篇幅有限，故略去。
） 13 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 便携式高能质子发生器制备PET同位素的最新进展 金立云，张兴治，赵贵植，李金海 （中国原子能科学研究院，北京102413） 摘要：文章在介绍惯性静电约束（IEC）装置基本原理及特点的基础上，重点介绍新世纪以来，该类装置在引发D-3He聚变及制备正电子断层扫描（PET）同位素方面取得的最新进展，以资作为我国近期开发核技术应用产业，远期开发第2,3代聚变核能的参考。
关键词：惯性静电约束（IEC）；D-3He聚变；质子；正电子断层扫描（PET）；放射性同位素 1引言 从上世纪70年代计算机X光断层扫描技术(CT)诞生以来，计算机医学图像技术已随着计算机技术的迅猛发展而广泛应用于现代医学研究及临床领域，涌现出了诸如核磁共振图像技术（MRI），计算机单探头光子断层扫描技术(SPECT)，以及正电子断层扫描技术(PET)等。
这些功能各异的计算机医学图像处理技术可分为结构图像技术和功能图像技术两大类。
结构图像技术主要用于获取人体器官解剖结构图像。
借助此类结构透视图像，不经解剖检查，医生就可以诊断出人体器官的器质性病变，CT及MRI便属于此类结构图像技术。
然而在人体器官发生早期病变，但器官外形结构仍表现为正常时，器官的某些生理功能，如新陈代谢等，却已开始发生异常变化。
此时采用结构图像技术做结构解剖性检查，便无法及时诊断出病变的器官，而需借助基于SPECT及PET的功能图像技术。
功能图像技术能够检测到人体器官的生化活动情况，并将其以功能图像的方式呈现出来。
这大大有助于快速准确地诊断各类疾病，有助于生物医学及药理研究。
所有这些功能图像的产生均得益于计算机技术的应用。
PET是目前世界上最为先进的医学图像设备。
基于PET以及由此产生的功能图像给现代医学带来了一场革命。
PET的工作原理是，利用18F、15O、13N、11C 14 等同位素衰变时产生的正电子与人体器官内负电子产生湮没效应。
通过向人体注射带有正电子同位素标记化合物，采用符合探测方法，探测质湮效应所产生的于相反方向发射的511keV光子对，得到人体器官内同位素的分布信息，由计算机进行重建组合运算，得到人体器官内标记化合物分布的三维断层图像。
由于人体器官在正常和异常时，对标记化合物的亲和力不同，根据其中标记化合物的分布，就可以对人体进行生理、生化、病理及解剖学方面的研究和诊断。
几十年来，国际上PET同位素的生产主要采用回旋加速器。
虽然该项技术已经十分成熟，但也存在较大局限性，表现在加速器体积大、造价高（每台数百万美元），所以PET研究和服务中心只能设在部分大城市，很难进入农村社区或边远地区。
即使在PET中心服务区，由于PET同位素的制备、运输、直至临床应用，都需要花一定时间，这就使可应用于临床的PET同位素品种，基本上局限于18F（t1/2=110m），而很难使用寿命更短，病人所受剩余放射性剂量更少的其他同位素，包括11C（t1/2=20m）、13N（t1/2=10m）、15O（t1/2=2m）等。
基于这种情况，美国威斯康星大学核聚变所，从上世纪末开始，一直利用该所核聚变技术方面的优势，在致力于开发第2和第3代聚变核能的同时，大力开发造价在10万美元左右的便携式高能质子发生器，用以制备 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· PET同位素，并且取得了突破性进展。
该所采用同心网格IEC装置，使D-3He产生稳态聚变反应、反应率已从初期的6×103p/s提高到2002年的3×108p/s,同时利用所产生的质子（14.7MeV），开展制备PET同位素的原理性实验，取得了示踪量的94mTc和13N，实验结果表明，方法原理完全可行。
目前正在设法提高质子产额，以便为便携式质子发生器制备PET同位素的商业化做准备。
本文在介绍惯性静电约束（IEC）装置基本原理及特点的基础上，重点介绍新世纪以来，该类装置在引发D-3He聚变及制备PET同位素方面取得的最新进展，供我国近期开发核技术应用产业，远期开发第2和第3代聚变核能参考。
2美国UWIEC装置的工作原理及基本特点 2.1美国UWIEC装置的基本结构与组成美国UWIEC装置的基本结构如图1～2所示。
圆筒形铝真空室高75cm，直径100cm，用真空泵系统维持真空度为10-7乇范围。
10cm直径的球形网格系用W-Re丝制成，附在氮化硼绝缘 柱上构成阴极。
其允许高压操作范围为-50～-200kV。
阳极为直径50cm的同心网格,由不锈钢丝制成，阳极接地。
网格结构保证离子在电极之间可以较自由穿越，最大操作电压-电流为200kV-75mA，在操作过程中，真空度一般保持在2毫乇，在阳极周围，安装了3根灯丝（偏压0～199V），使发射电子用以电离背景气产生离子，离子在网格电场中被不断加速，随后在与背景气作用过程中产生大量电荷交换离子。
所有离子和电荷交换离子被进一步加速，会聚于网格核芯区，或在核芯区回转数次后引发聚变反应。
研究表明：当电压为-50～-180kV时，离子具有较大的反应截面，其聚变反应模式有4种：束-束反应、束-气反应、束-靶反应和快气反应。
束-束反应是指两个被加速的离子直接碰撞产生的聚变。
束-气反应是指被加速的离子与背景气体碰撞发生聚变反应。
束-靶反应是指被加速的离子轰击到阴极上，与之前沉积在阴极上的离子碰撞产生聚变反应。
快-气反应是指被 图1UWIEC装置结构示意图15 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图2UWIEC装置球形网格几何结构 加速的离子与背景气体发生电荷交换而变成快速运动的中性原子，中性原子与背景气体碰撞发生聚变反应，在数毫乇的压力下，离子一般先进行电荷交换，然后再聚变。
这4种聚变反应模式可以形成3种反应机制，即会聚机制、弥漫机制和包埋机制。
会聚机制源自束-束反应和束-气反应；弥漫机制源自快-气反应，由于快中性原子可在真空室内任一点聚变，导致弥漫机制；包埋机制源于束-靶反应。
D-D反应以弥漫机制（70％）为主，会聚机制（22％）为辅；D-3He反应以包埋机制（95％）为主。
真空室周围安装气流控制器和多种分析测试仪表：
（1）剩余气体分析器（RGA），用以测定真空室中气体含量和组成；
（2）硅质子探测器多道分析器（Canberra公司），探测器面积1200mm2，可以同时探测D-D反应产生的3.0MeV质子和D-3He反应产生的14.7MeV质子；
（3）氦中子探测器,用以探测聚变反应中产生的中子； 16
（4）高温温度计,用以监测不同反应阶段阴极表面的温度（700～1800°C）。
2.2IEC装置的主要特点 以同心网格组成的IEC装置具有一系列固有的优点： 非马克斯韦（Non-Maxwellion）离子能量分布。
离子在电极间被加速到达网格中心时，具有几乎相同的动能，所形成的等离子体为非马克思韦分布。
该能量分布和束-束反应方式，以及没有磁场导致的同步辐射，使得IEC特别适合于D-3He新一代燃料核聚变； 反应率与离子流呈非线性关系。
计算研究表明，电势阱的形成和离子约束时间是离子密度的函数。
由于离子密度取决于约束时间，所以聚变反应率与离子流呈非线关系是完全可能的。
聚变反应率与离子流平方或立方成正比将产生高反应功率密度，大大提高反应器效率； 等离子体靶聚变。
由于大多数聚变反应处在阴极网格及其周围区域，当今使用的大多数 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· IEC装置中的大多数聚变反应是束-气反应，亦即等离子体中快速移动的离子和中性背景气体反应。
由于不存在固体靶影响等离子体相互作用，因此也就没有给约束等离子密度和反应率设定上限，这是一个很大的优点； 非点火等离子体。
大多数IEC概念利用直接能量转换机制，其中高能聚变产物允许逃逸电位阱，在外部高电位电场慢化，这种结构无需等离子体点火就可直接进行聚变反应。
如果是需要等离子体点火的聚变反应，就需要把约束聚变反应产物保留在等离子体内，以使等离子体保持聚变反应的温度。
因此，IEC在反应器体积较常规反应器小时，即可达到“盈亏平衡”(breakeven）;体积小，结构紧凑，造价低。
由于IEC装置无需磁场，因此消除了笨重的大磁铁，加之，装置小巧紧凑，因而移动方便，造价低。
3IEC制备PET同位素的最新进展 3.1IEC制备PET同位素的基本原理由PET特有的瞬时生理过程成像功能，以 及低本底，高分辨率探测能力，使PET在各种癌症、冠心病、阿滋海默(Alzheimer＇sdisease) 脑智障，以及肺和肾功能诊断中成为独树一帜的 诊断技术。
加之美国医疗保险机构自1998年 起，对某些PET诊断实施医疗保险覆盖，所以 PET临床应用迅猛增加，截至2000年统计，全 世界已有180个PET医疗服务中心，其中美国 就有80个，每年使用放射性同位素的病例达 3000万。
但是，由于PET同位素生产几乎全部 依赖加速器，以及PET同位素品种80％以 上只能使用18F，使PET技术的发展和应用存在 很大的局限性。
鉴于此，美国威斯康星大学核聚 变所自1986年确证月球月壤中积存了数百万 吨3He以后，在大力开发第2,3代聚变核能的 同时,于1998年起就大力开发便携式质子发 生器，用以制备PET同位素。
该方法的基本原 理是：采用简便，但较易达到较高能量的同心网 格IEC装置，使D和3He发生聚变反应，反 应式如（1～2）式所示： D+3He→p(14.7MeV)+4He(3.7MeV)
(1) D+D→0n(2.5MeV)+3He(0.8MeV)(50%)
(2) →p(3MeV)+3H(1MeV)(50%)
(3) 由于D-3He反应中产生14.7MeV的高能质 子，它正适合于制备一系列常用PET同位素 图3用10MeV以上质子从18O制备18F的核反应截面17 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· (表1）。
其生成截面如图3～6所示。
表1用高能质子可制备的PET同位素 母体同位素18O94Mo14N16O13C15N 生成反应(p,n)(p,n)(p,α)(p,α)(p,n)(p,n) PET同位素18F94mTc11C13N13N15O 半衰期/m110522010102 3.2IEC制备PET同位素的探索实验3.2.1制备94mTc同位素的原理性实验 由于大部分D-3He反应发生在阴极表面之下，设想在该区域应有最强的质子流。
因此，靠近阴极表面将是制备同位素的理想位置。
为了证 实这一设想，加工了一个固体球状阴极，用以取代W-Re网格。
有效地将IEC改变成束-靶装置，驱使离子在阴极表面产生包埋反应，质子在阴极表面各向同性地产生，所以大约有一半质子进入靶中活化靶元素，反应机制如图7所示。
选择Mo作为初次实验的靶材，是因为Mo的熔点高，可以经受IEC中聚变反应产生的巨大能量，而且与W类似，氢在Mo中具有很高的扩散性。
天然Mo中含有10％94Mo，对用（p，n）反应制备94mTc具有较大反应截面(图8)，94mTc已在某些场合用于核医学研究，它发射正电子，半衰期为52m，由于反应截面大，半衰期短，预期可以在原理性探索实验中产生较大量的放射性。
固体Mo靶形状示于图
9，它被安装于真空室中取代内网格，在操作过程中，Mo靶被加热 图4用10MeV以上质子从14N制备11C的核反应截面18 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图5用10MeV以上质子从16O制备13N的核反应截面 图6用10MeV以上质子从15N制备15O的核反应截面19 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图7固体靶活化反应机制 图894Mo（p,n）94mTc反应截面20 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 至约1200°
C。
在D-3He实验中，D和3He气体同时进入真 空室中。
高压从40kV逐步升至110kV，电流和气压分别保持在恒定的30mA和2毫乇，在 110kV电压下保持15分钟，平均而言，在20分钟的时间里，阴极表面产生约5×106p/s的质子流强，然后关机，打开真空盒，将Mo靶置于NaI探测器中计数，测量40分钟，扣除本底 图9固体Mo靶形状 图1094mTc能谱证明21 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图11SS-M1型水容器设备 图1213N同位素制备系统剖面图22 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 图13第1次实验中13N放射性计数 图14第2次实验中13N放射性计数 后的能谱示于图10。
显然，50道处的能峰为所预期的正电子湮 没产生的511keV光子峰，94mTc在正电子发射后再发射871keVγ射线，从激发态返回基态。
经效率校正后，测得94mTc总放射性活度约1nCi(37Bq/s)，这是国际上首次用IEC装置产生同位素。
实验结果表明，在阴极表面产生的D-3He反应，可以成功地在该区域制备同位素，IEC制备94mTc的原理性实验是成功的。
下一步的工作是改进设计，使其可以用商业化的方法 生产和回收同位素。
3.2.2制备13N同位素的原理性实验 选择13N作为制备原理实验的理由是：
（1）目前13N是冠心病的一种最佳诊断试剂；（2）13N半衰期短（t1/2=10m）,目前尚无一种较好的商用制备方法；
（3）目前医疗保险机构已对13N的PET诊断实施医疗保险覆盖，使13N的使用量大幅度增加；
（4）D-3He反应产生的质子能量，与16O(p,α)13N的反应截面很相匹配。
经过一系列预先实验，选择13N制备容器 23 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· (水靶)及操作程序如下：采用壁厚为125μm的304不锈钢管，加工成如图11所示的容器(60cm×60cm)(SS-M1)，将其安装于IEC装置中。
容器中注入1.6L18MΩ-cm去离子水，水中加入10mM乙醇，使生成的13N迅速形成13NH3+离子。
图12为13N制备系统，离子交换柱中填充约25gDOWEX50×8（100～200目）阳离子交换树脂。
使用前先用100mL0.1MNaOH溶液淋洗，用Na+取代SO3-上的H+，以便更有效地分离所生成的13NH3+。
开机后，将电压-电流调节至约140kV-30mA，真空室压力为1.4毫乇，同时调节水泵至流速为每分钟约1L，D-3He聚变反应产生的质子照射水靶，经由16O(p,α)13N反应 生成13N。
照射结束后，通过离子交换柱吸附，取出离子交换柱，置于NaI探测器中进行测量， 先后进行的2次实验结果如图13，14所示。
将第1次实验的数据进行拟合，所得衰变常数λ为9.141×10-4s-
1，与13N的λ真值相差21％。
再将第2次实验的数据进行拟合，所得衰变常数λ为1.144×10-3s-
1，与13N的λ真值相差仅1.3％。
结果表明：IEC制备13N的原理性实验是成功的。
下一步的研究工作是改进IEC装置设计，向13N制备的商业化目标迈进。
图15为威斯康星大学最近投入运行的便携式IEC装置,采用双壁水冷不锈钢结构,备有专用离子注入枪,能引发D-3He稳态聚变产生14.7MeV质子流。
图15威斯康星大学新投运的便携式IEC装置24 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 4IEC装置制备PET同位素的商业化前景与面临的挑战 从1998年起，威斯康星大学核聚变所的科学家，用了短短5年时间，在国际上率先利用IEC装置实现了D-3He稳态聚变，使质子的产生率提高了4个数量级，达到3.5×108p/s，并随之开展了用所产生质子制备PET同位素的探索实验，制得纳居级的94mTc和13N，原理性实验取得圆满成功。
由于IEC装置具有固有的小巧、紧凑、易于搬运、造价低廉等优点，特别适合于制备小剂量短寿命PET同位素，可以弥补大型加速器制备PET同位素的不足之处。
加之，美国医疗保险机构目前已对多种PET诊断实施医疗保险覆盖。
所有这一切都为“便携式高能质子发生器制备PET同位素”展现了美好的商业化前景。
但是，要把商业化前景变成现实，据估算(表2),还需要在现有IEC装置的基础上，把D-3He的反应率提高约4个数量级，即质子流从现在的3.5×108p/s提高到1μA=6×1012p/s，以资把厚靶中PET同位素的产额提高到单次剂量为0.1～1mCi(3.7×107Bq/s)。
而且整个制备程序都要满足临床应用的要求。
这显然不是一件轻而易举的事情。
但是威斯康星大学核聚变所的科学家们，已经拟订了未来几年的研制计划，以期把商业化的前景变成活生生的现实。
他们的计划大致有下列几个方面：
(1)增加阴极电压。
从目前的最高140kV提高至180kV或更高，用以提高D-3He反应率；
（2）增加质子流强度100～1000倍。
正在研究采用3He离子枪，通过 表2PET同位素在厚靶上的估算产额 PET同位素 13F94mTc11C13N13N 半衰期/m11052201010 生成反应 18O(p,n)94Mo(p,n)14N(p,α)16O(p,α)13C(p,n) ※：11MeV质子，饱和产额 产额※/mCi/A120待定80 7(水)133(固体C) 注入3He+或3He++来实现。
因为在IEC装置中有可能实现离子流强度与反应截面之间平方或立方关系；
(3)提高阴极和阳极绝缘柱性能，以确保辐照期间质子流稳定；
(4)改进靶结构设计，提高辐照效率和同位素的回收利用效率。
现在威斯康星大学核聚变所的科学家们，正满怀信心地为实现“便携式高能质子发生器制备PET同位素”商业化目标进行攻关，预祝他们取得成功，为人类健康事业做出积极贡献。
5结论与建议 美国威斯康星大学核聚变所采用简便的IEC装置，引发D-3He聚变反应，产生14.7MeV质子。
然后利用所产生的质子，制备短寿命PET同位素（18F、94mTc、11C、13N、15O），取得了突破性进展。
对94mTc、13N制备的原理性实验已经圆满成功，正在向商业化目标迈进，该项目具有很好的商业化前景。
我国地域辽阔，人口众多，现在正在普及社区医疗保健制度，“便携式高能质子发生器制备PET同位素”具有很大的市场潜力。
我院已于1995年在国内首先开发成功加速器生产PET同位素产业,积累了丰富的开发经验,所以在我院开展“便携式高能质子发生器制备PET同位素”研发具有得天独厚的有利条件和专业技术优势。
为此建议我院核技术所和同位素所合作，尽快组织精干技术力量，申请立项，进行开发研究。
在认真消化吸收国外经验的基础上自主创新，攻克关键技术，又好又快地完成此项开发研究，开发出具有自主知识产权的“便携式高能质子发生器制备PET同位素”高新技术,为民造福。
值得一提的是此项开发研究，还可为国际上正在大力进行的第2代（D-3He）和第3代(3He-3He)聚变核能开发积累经验，为最终解决人类面临的能源和环境危机做出积极贡献。
(编者注：本文原稿列有10篇参考文献，现因篇幅有限，故略去。
) 25 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 惯性静电约束核聚变研究现状 吉川洁等 摘要：上世纪50年代提出的惯性静电约束核聚变（IECF）概念，今天已达到能应用于对地雷的探测阶段。
可是，虽然其原理、构造极其简单，但仍然还有很多必须解决的课题。
文章对IECF研究的现状从理论、实验和应用方面进行介绍。
1前言(吉川洁) 惯性静电约束（IEC：Inertial-ElectrostaticConfinement）核聚变（IECF：IECFusion）的概念如图1（译文略）所示，是由极小型而简单的装置组成。
即，在兼阳极的直径数10cm的真空容器（接地电位）内部，配置由外加高负电位(-50～-100kV)的高熔点金属（钨、钼、钽等）构成的中空状阴极，一导入气体氘（D），在电极之间就发生辉光放电，产生大量的离子与电子。
产生的离子被中空电极加速，大部分离子穿过阴极聚束在中心部，正面碰撞发生核聚变反应。
特别是与把像D-D电子管（tube）那样被加速的氘离子射入(轰击)填充氘的钛靶的场合相比，能得到同样的核聚变反应截面，而且IECF在理想场合所需要的能量只是它的1/4。
可是，在极简单装置能获得核聚变产生中子与质子的反面，只要采用辉光放电产生离子的方法，就受电压-气压的制约，所以现在大部IECF装置中离子与残留气体碰撞的核聚变反应占优势，这便成为大幅度增加中子产生率的大障碍。
对于这个问题的解决，集中精力地在进行采用外部离子源产生离子与射入的研究。
IECF的概念，追溯到上世纪50年代，找到2位研究者。
其中一位是仅受过8年教育，但后来勤奋自学、退伍后在哈尔科夫物理技术研究所(KharkovInstituteofPhysicsandTechnology）主导核聚变研究、称为苏维埃核聚变研究之父(FatherofSovietFusionResearch)的OlgAleksandrovichLavrentyev 26 (照片
1，译文略）；另一位是15岁时提出TV概念、称为美国TV之父（FatherofUSTV）的PhiloTaylorFransworth(照
2，译文略)。
后来，在ITT（InternationalTelephoneandTelegraph）与Fransworth一起进行研究、美国伊利诺斯大学毕业、后来任美国核聚变研究计划负责人的RobertL.Hrisch（照片
3，译文略），于1967年首次根据该概念用DT聚变实验成功地产生了109n/s的聚变中子。
此后，这便成为了美国IECF研究盛行的经纬。
参看由日本大西正视于10年前写的关于IECF的解说，他在此解说中对今后的研究课题列出了以下几项：
(1)静电势的直接测量；
(2)中子产生率对离子电流的依赖关系；
(3)最佳电极形状、工作条件的探索（作为理论课题）；
(4)电位分布的不均匀（失真）对由于中性气体存在的静电势分布的影响；
(5)不稳定性激发与对IEC工作的影响；
(6)静电势振动（作为装置的问题）；
(7)阴极高热通量的去除；
(8)低发射率的外部离子源开发；
(9)能源直接转换的研究。
本文在日本大西正视的IECF解说发表10年后的今天，对IECF的研究现状，就上述研究课题中的几项(包括应用)进行介绍。
2惯性静电约束核聚变理论研究 2.1静电势与核聚变反应率(大西正视) 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 惯性静电约束核聚变是把氘或氚离子聚束在球形中心发生聚变反应，在球中心附近，形成离子势的最高峰。
另一方面，碰撞阴极的离子释放次级电子，中和离子中心部的电荷。
由于离子与电子的能量和角动量的不同，这种中和不同样发生，可以设想，在球中心附近具有静电势结构。
该静电势结构由于依赖于离子的能量，所以可以认为对在球中心附近产生的离子互相间的核聚变反应率给予影响。
本节中介绍用理论解析给出势结构与核聚变反应率的解析结果，利用粒子模拟的静电势的动态行为与核聚变反应率对离子电流的依赖关系。
2.1.1静电势结构的解析模型 在碰撞少的系统中，离子、电子的符拉索夫方程式的解可以由运动的常数函数给出，在具有球对称性的系统中，总能量： εs = 12 msVs2 +qsφ(r)
(1) 和角运量的二次方： ls2=(msVs×r)
2
(2) 是保存量。
式中：ms,qs和Vs分别为离子和电子（s=i和e）的质量、电荷和速度。
在此，离子在阳极近旁产生，被阴极加速，电子设定为次级电子。
为了简单，离子作为有单一能量，电子碰撞率高，设定以下分布函数。
对于离子： fi=c1δ(εi−εi0)H(li20−li2)
(3) 对于电子： f=cexp−εeexp−le2
(4) e2kTele2o 式中：εi0,li0和leo是在阴极的值；C1和C2是常数。
δ和H分别是δ函数和E电离层的阶梯函数。
在半径r中的粒子密度由下式求得： n=π∫∞dε∫∞dl2 f s (ε s , l 2 s )
(5) s -∞ s0 s ms3 r
2 Vr (ε s , l 2 s ) 上式中： V
(ε,l2)=2(ε−qφ)−ls2
(6) rss ss ms m 2 s r
2 进行积分，由位置r和静电势φ(r)的函数 求得离子和电子的密度。
由于在球中心附近等离子体密度比较高， 解泊松方程困难，所以在此利用等离子体近似， 即通过ni(r,φ)=ne(r,φ)求φ(r)。
静电势 空间分布的计算结果如图2（译文略）所示。
在此，reo/ri0是从电子·离子的球中心的最 邻近半径的比，r=r/10(r：阴极半径)。
再 i0
0 0 者，kTe＝10keV，ε0＝35keV。
任何场合，中心部都显示凹下的双重阱结 构，电子的最邻近半径越小，阱的深度就越深。
与图2同样条件的离子密度分布如图3（译文略） 所示。
电子的最邻近距离越短，中心部的密度就 越高，能期待中子产生率的增加。
另一方面，对于氘等离子体，中子产生率由 下式给出。
N=12∫d3rni(r)2〈σV〉DD,n(r)
(7) 式中：〈σV〉DD,n(r)是由D-D反应产生中子的平均核聚变反应率。
图4（译文略）所示的是，电子最邻近距离 对于离子最邻近距离的中子生成率的依赖关系。
密度增加，但由于产生核聚变反应的范围减小， 所以用增大密度几乎不能期待中子的增多。
这可 以设想是由于最邻近距离越小，发生反应的范围 也减少的原故。
2.1.2
静电势的时间行为 现对在上一节中为研究双重阱的稳定性、离 子电流、阱结构和中子反应率，进行的PIC粒子 模拟的结果介绍如下。
计算结果： 在球坐标中，荷电粒子的运动方程由下式给 出： md2rs=qE+ls2
(8) sdt2 smsrs3 式中：E是电场，满足下式泊松方程式。
27 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 1∂(r2E)=ρi−ρe
(9) r2∂rε
0 式中：ρi和ρe分别为离子和电子的电荷密度。
假设离子有以下的速度分布函数； m(V−V)2mV2 fi (V// ,V⊥ ) = const × exp− i // 0−i⊥ 2Ti// 2Ti⊥ (10) 式中：
V，T和T分别是离子平均速度、
0 i// i⊥ 径向离子温度和方位角方向离子温度（能量扩 展）。
T小时，（10）式给出近似
（3）式的分i// 布。
再者，在阴极内侧释放出的电子是次级电子， 初速度为
0。
图5（译文略）所示的是阴极内部的静电势 分布对于阴极离子电流的时间变化。
图中T＝i// 5keV，T＝200eV，离子平均能量为35kV。
i⊥在I0＝100mA时，在中心部能看到静电势的 峰值（一重阱）。
随着离子电流的增加，在其内 侧能看到凹面，随着电流增加凹处变深（双重阱 形成）。
该双重阱不稳定，不能形成稳定的双重 阱。
图6（译文略）所示的是，中子产生率对离 子电流的依赖关系。
在400mA以下时，中子产 生率与电流成正比，但电流一增大，能得到中子 产生率按电流的2.5次方的比例增加。
这可以 设想是由于进入双重阱的离子具有从静电势获 得能量成为高能量的原故。
再者，本模拟为了缩 短计算时间，而把离子与电子的质量比设为 100。
照按该假设，可以设想势阱变动的时间常 数比实际缓慢，但可认为对双重阱结构的生成本 身没有影响。
一连串的模拟显示出，离子束的聚 束和能量分散小，但对双重阱的生成和中子产生 率的高电流依赖性是重要的。
2.2
离子束模拟(大泽穗高) 2.2.1三维有限差分粒子模拟 在IECF装置中，使用如图7（译文略）那 样的中空状阴极。
该阴极是把多个（图7中是使 了6个）大约直径6～12cm、厚0.3mm、宽5mm 的环对称组合进行使用。
在阴极附近，形成接近 球对称的势，而且对于离子的入射方向假设面积 最小，提高穿透率。
再者，在该阴极上外加电压， 28 为了保持固定，连接引线（feed
through）。
由于该复杂形状的阴极与引线形成的电 场大致是球对称，但考虑到内部结构，计算等电位面，如图8（译文略）那样，在阴极环附近与连线周边发生分布不均匀，知道了三难计算的必要性。
用以下方法进行考虑了这样的立体结构的电场分布不均匀，及其影响的空间放电的数值分析。
首先，用约600万个1mm的立方差分网格（mesh）设定计算空间，这时模拟的阴极形状如图7中的左图（译文略）那样。
在该空间，用三维有限差分法求电场。
其次，设定该电场内的种粒子，跟随粒子增加的过程进行粒子模拟。
在计算中，把氘离子（D+,D2+,D3+）、高速中性粒子（D0,D02）与电子作为跟踪对象粒子。
在装置内部均匀的配置各离子各自1000个与3000个电子，用三维龙格-库特解法（RungeKutta法）进行空间内部粒子的运动计算。
在运动时，如果与实际尺寸结构物碰撞,该粒子便消失，在次级电子产生的时候，重新产生。
再者，利用近20种的原子过程与电荷交换反应、弹性碰撞，使用蒙特卡洛法计算反应截面。
另外，粒子跟踪计算用实际的离子·电子质量比进行，计算的时间最少是10－12s。
而且，作为计算方面的办法，在高速中性粒子失去能量低速化的场合，完成中性粒子的跟踪。
2.2.2模拟结果 在该装置中，如图9的左图（译文略）那样，所谓星形方式的独特放电在特定的条件下(1.5Pa，20kV)发生。
从水平方向阴极间隙来的光辐（spoke）能向阴极伸展。
在与此同样条件下进行模拟的是图9中的右图（译文略）。
电子与中性气体碰撞，发生电离的场所用三维空间上 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 的白点表示。
由实验照相明确了同样集中在从阴极间隙到阳极的特定场所。
再者，在阴极表面各处（黑三角）设置离子源时的入射离子束轨道（黑线）如图10（译文略）所示。
由该轨道计算，如果在从水平面±5度左右的位置设置离子源，能长时间、转圈运动离子束，而且，设置多个这样的离子源，束流有效碰撞也是可能的。
用考虑了三维立体结构的粒子模拟，也进行了其他阴极形状的最佳化，提高IECF装置的中子产生效率是可能的。
2.3电离气体的模拟(山本靖)2.3.1包含原子分子过程的粒子模拟 放电型IECF装置的工作气压比较高，为～1Pa，由于离子·电子与气体的原子分子过程的粒子的生成、消失、能量授受给予粒子数和能量分布很大影响。
该小组在原子分子过程的记述中，用了由加利福尼亚大学的Birdsall等人开发的蒙特卡洛碰撞过程记述法的空间一维速度二维粒子模拟程序。
该程序中，为了再现氘放电，把电子、离子（D+,D+,D+）、中性粒子（D-D2）作为分析对象， 23 考虑表1所示的电离、电荷交换、离解、再电离的17类原子分子过程，加上由各粒子种的弹性散射合计有23类原子分子过程，同时由于考虑电源电路内部阻抗，可以选择稳定电流模型与恒定电压模型。
2.3.2计算结果 关于京都大学进行的球形IECF装置的放电气压-放电电压特性，模拟与实验结果的比较示于图11（译文略）。
计算与实验结果表明，该值有很好的一致性。
知道了放电电压不怎么受放电电流值的影响，仅依赖于气体压力。
再者，气压一变低，电压就急剧上升，该特征相当于帕兴曲线的低气压范围。
为了研究持续放电的结构，由模拟在各气压下供给离子的原子分子过程的数目，求得的结果示于图12（译文略）。
由电子的气体电离反应的贡献比例低；由电子·中性粒子的反应，随着气压变高而增加；离子的贡献在气体压力低的时候 变多。
再者，有关详细情况，研究有关离子供给的原子过程的空间分布结果的一个例子示于图13（译文略）。
在电场强度强的阴极与阳极之间，电子由于迅速被加速到适合电离的能量以上，所以由于电子发生的电离在阴极内部和阳极附近频繁发生，知道了中性粒子的再电离在阴极位置最大。
再者，在阳极近旁电位几乎是平坦的，这可以设想相当于辉光放电的放电弧柱。
在这部分中，生成的离子向中心方向加速。
但是，在气压2.7Pa、能量4keV中电荷交换的平均自由程为2.8cm，与电极间距相比较短，所以离子·中性粒子的能量正比于数cm左右的局部电压。
因此，在低能下的中性粒子的再电离反应与能量成正比，所以在能量变大的阴极近旁的再电离反应就多。
2.3.3小结 利用包含原子分子过程的粒子模拟，来进行IECF装置内部放电过程的模拟，可以说明实验结果。
而且可以解明实验中测量困难的离子、电子的供给过程与各种反应的空间分布。
3IECF实验的现状 3.1球形IECF装置（D-D和D-3He）(增田开，高松辉久)IECF装置如图1和图14（译文略）所示， 是在球形阳极（真空容器）内设置同心球状几何学穿透力高的网状球壳阴极的装置，消除电压引入端子对阴极的影响，形成大致球对称的电位分布。
由外部离子源或阴极与阳极间的辉光放电产生的离子由静电场向阴极加速。
这些离子的多数穿过阴极到达中心，一部分离子发生聚变反应。
对聚变反应没有贡献、通过阴极去到真空容器的离子，如图15（译文略）的模式图那样，由于静电场而被减速，再一次去到阴极内再次被加速。
除球形IECF装置以外，圆筒形状的装置方案也考虑了，并进行了下节中介绍的实验。
现在主流的辉光放电型IECF装置中的聚变反应的大部分是束流-残留气体（束-气）碰撞反应，由于球状聚束的离子密度增加没有成为重要要 29 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 素，所以即使在圆筒形IECF装置中，也能得到与球形IECF同等的聚变反应率。
圆筒形IECF中，有轴向聚束型（参看3.2节）与径向聚束型（参看3.3节）2种。
前者的优点是无阴极碰撞的离子损失；后者由于是轴向长的装置，有可以产生长轴线状中子的优点。
以前达到的D-D聚变反应率如表2（2007年5月）所示。
现在，实验研究的大部分是放弃辉光放电中的束-气碰撞的方案，目标是能期待飞跃提高聚变反应率的束流-束流(束-束)碰撞的实现。
如果单纯考虑束-气碰撞反应率与离子电流和气体压力、束-束反应率与离子电流的平方成比例，那么如何提高（离子电流)/(气体压力）的比便是关键。
把离子源设置在阳极（真空壁）附近提供离子、降低气体压力的实验研究，由京都大学（KU）、东京工业大学(TIT)和威斯康星大学（UW）进行。
用大电流脉冲工作飞跃增大离子电流的实验研究由TIT、关西大学和UW进行。
遗憾的是到现在为止，全都没有达到明显地观测到束-束碰撞聚变反应，期待着今后的进展。
UW、TIT和KU，也在进行D-3He反应实验。
D-3He反应由于可以产生14.7MeV的高能质子，所以应用于后述的尖端技术的可能性引人注目。
利用IECF装置进行的D-3He反应，在1999年首次由UW观测到。
UW的装置作为IECF装置，由于可以外加最高180kV的高电压，所以能获得超过D-D反应率的D-3He反应率(＞108s-1），成功地观测到了用产生的14.7MeV质子生成释放正电子的核素（13N）。
在KU，2006年观测产生的质子，成功地鉴别了D-3He聚变反应密度的空间分布，得到了令人兴奋的结果。
也就是说，与受束-气碰撞反应支配的D-D反应不同，D-3He反应发生的地方，在数十kV的条件下，明显的集中在负电位的阴极栅格（grid）和电压引入端子的金属表面。
由以前得到的其他实验事实（说明），阴极金属内吸留的是3He，可以设想是D离子与它碰撞， 30 但详细情况还不明确。
同时指出，以前即使在束-气碰撞支配的 D-D反应中，束流-吸留原子碰撞反应的贡献可能存在数成（比例）。
与D-3He的情况不同，D-D场合获得了显示在阳极的束流-吸留原子碰撞反应的实验结果。
KU在圆筒形装置的阳极上蒸镀钛，增加吸留的氢，显示出中子产生率提高了3倍的实验结果。
另一方面，在阴极蒸镀钛时，没有看到中子产生率的显著提高。
在阳极蒸镀钛，提高中子产生率，KU获得的结果最高，UW的再次试验也确认了这一点。
再者，后面要谈到的，在备有水冷式阳极的球形IECF装置中，观测到由于阳极冷却，中子产生率的提高再现性良好。
这些实验事实强烈暗示，D离子与残留气体分子的电荷交换反应被中性化后到达阳极，它与吸留在阳极的氘原子、分子发生碰撞反应。
为了弄清楚这些情况，期待前面讲到的反应密度分布鉴别法适用于D-D反应测量。
但是，适用于更低能量（3.03MeV）的D-D反应质子时的S/N比的确保，是今后的课题。
IECF装置的初次应用，即作为中子源应用于探测地雷的研究开发（参看第4章），是由日本科学技术振兴机构管理，由包括日本国内几乎所有IECF研究机构的研究小组进行研究。
IECF中子源本来就具有适于探测地雷的许多优点。
即，构造简单、寿命长、无需维护，由于运行极其容易，所以运行人员不需培训。
而且，与252Cf中子源等不同，不产生探测地雷作业以外的中子束。
再者，不使用放射性物质氚也能稳定地产生大量的中子。
这些特性再加上为把IECF中子源组入室外用的地雷探测系统，由于以下理由，IECF装置小型化是不可缺少的。
第
1，由于核聚变反应截面强烈依赖于离子具有的能量（相对速度），所以产生的中子的分布是在能量最大的中心网状阴极附近最高，而且各向同性的产生。
因此，为了使中子产生点靠近被照物体（增大立体角），希望IECF中子源是小型的。
核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 第
2，为了控制整体的重量，在中子源·探测设备复合前部（head）范围占最大重量的中子屏蔽体对于尽可能的轻量化是重要的。
为此，中子源的直径必须要小。
由于该目的，设计、制造了比以前装置（图14，译文略）小一圈的、直径20cm的超小型IECF中子源（图16和图17，译文均略）。
为了使用这样的超小型装置可以稳定的长时间大功率放电，做成在直径20cm的阳极（真空容器）的周围配置水冷套管（外壳）的结构，达到了在当初目标107·s-1恒定中子产生率中的极稳定的长时间运行。
冷却能力还有余地，而且通过调整(conditioning）可以期待有更高的中子产生率。
该冷却水结构担负阳极冷却与中子屏蔽材料功能的同时，把各向同性产生的中子向下方聚束的任务。
也就是说，如图17所示，把下方的冷却水层做薄，由上方和横向厚的冷却水层反射的中子聚束在下方。
把252Cf中子源置于真空容器中心的实验中，使用这种冷却水结构，能得到下方中子密度约增加1倍的结果。
在D-D聚变反应的2.45MeV单色中子方面，由蒙特卡洛模拟也显示出同等程度的聚束效果。
3.2圆筒形IECF装置(山本靖) 由于放电型IECF装置中的核聚变反应的大部分是束-气碰撞反应，所以球状聚束的离子密度的增加没有成为不可缺少的要素。
圆筒形IECF装置是以更简单的形状、阴极冷却性能的提高等为目的，由伊利诺伊大学提出的方案。
京都大学从1996年开始进行实验，主要目的是实验验证：由于工作气体压力降低引起的电荷交换反应的减少；由于平均离子能量增大引起的中子产生率的改善。
3.2.1实验装置 图18（译文略）所示的是实验装置的概略图。
电极使用安有40mm套筒（sleeve）的杯状阳极、直径50mm和长100mm的圆筒状阴极。
为了降低放电压力，把使用2.54GHz的微波的ECR等离子体源设置在一方的阳极后方。
从另一方的阳极背面引出中性粒子，用测量其再电离的 离子的能量分布评价了装置内部离子能量的推移。
3.2.2实验结果与考察 辉光放电可以维持放电的最低气体压力是1Pa，但是，由于使用ECR等离子体源，直到0.05Pa左右范围都能维持IECF装置工作。
图19（译文略）所示的是中子产生率对电流的依赖关系。
由于气压降低，靶的粒子密度可以减少到4成左右。
但是，离子能量增加，中子产生率比辉光放电的场合约增加2成。
再者，降低气压时，放电电流降低。
但作为中子的产生效率，一引入中子产生率除以放电电流得到的值，则可得到在0.3Pa时该值具有极大值，在0.1Pa时该值具有极小值的结果。
在再电离离子能量分布测量中，有3种峰值存在，可以认为它们是由于D+(E)、D+(E/2)和低能成分构成的。
利用再电离小室（cell）中电离和离解过程逆运算阳极中中性粒子D2的能量分布变化的结果示于图20(译文略)。
清楚了随着工作气压的降低，峰值的粒子数增加。
知道了即使在哪种工作气压条件下，在低能一侧与接近外加电压30keV附近也有具有峰值的分布。
低能成分的峰值对核反应的贡献非常少，我们认为，聚变反应多数是由被加速到外加电压的3/4附近的粒子所引起的。
3.2.3小结 对聚变反应率来说，圆筒形IECF装置能获得不逊色于球形装置的值。
由于外加ECR等离子体源，即使在1Pa以下范围内，也能稳定工作，明确了中子的产生效率得到改善。
再者，由中性粒子的能量分布测量，确认了由于工作气压降低，真空容器内粒子能量的增加。
3.3脉冲运行的IECF装置(堀田荣喜等) IECF装置运行的自由度大，不只是直流工作，当然脉冲工作也是可以的。
一般情况，由于电源系统构建容易，所以直流工作用的较多。
但是，脉冲工作有直流工作做不到的优点。
第
1，使用中子束的非破坏检查等，要求脉冲中子功率的应用领域不少。
亦即，用脉冲中子进行照射，设定对它响应的适当的时间窗进行测量，这是能 31 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 获得高S/N比的方法。
尤其是，以前的裂变中子源，在原理上把中子产生脉冲化是不可能的，用高速开关（shutter）能够获得拟似的脉冲中子，但控制性差，有大部分中子被浪费的问题。
第
2，由于大电流化，能够期待与放电电流平方成比例的束-束反应产生中子。
很遗憾，现在的IECF装置与原来IECF的概念相反，与放电电流1次方成比例的束-气反应占支配地位，不能获得由于脉冲大电流化的效率上的优点。
但是，现在很多研究机构在集中精力进行以束-束反应为目标的研究，即使在今后实现的可能性方面，大电流的脉冲工作也是比低电流的直流工作有利。
东京工业大学在进行组合如图21(译文略)和图22（译文略）所示的径向聚束型的圆筒形IECF装置，与图23（译文略）所示的高电压脉冲电源系统的脉冲工作的IECF研究。
径向聚束型圆筒形IECF装置的优点，除比以前的球形装置极其简单的电极结构外，由于离子不受高电压馈通（feedthrough）的影响，在离子静电约束方面效率非常好。
在球形装置方面，理想的球对称能期待束流的3次方的聚束。
但是，实际上由于必须要有向阴极引入高电压的feedthrough，所以电场的对称性受到大的破坏，许多离子与feedthrough发生碰撞，这一点也由模拟结果得到了证实。
再者，东京工业大学的圆筒形IECF装置，在组合会切磁场(cusp)与阳极偏压（bias）的离子源的设置方面也有长处。
另外，在电源系统方面，除产生高电压脉冲用的高电压半导体开关SSW1以外，为了快速衰减SSW1断开后的余辉，设置了另一个高电压半导体开半SSW2，这也是一大长处。
IECF装置的脉冲工作中的典型电压、电流波形如图24（译文略）所示。
由于设置SSW2，余辉急速衰减，知道了这是适合以高S/N比测量对脉冲中子响应的检查系统的方式。
再者，在电压脉冲的上升边（前沿）与下降边（后沿）时流动的峰值电流，是从开关到放电部约3m的同轴电缆（静电容量～0.3nF）的充、放电电流。
图25（译文略）所示的是脉冲工作时的中子产 32 生率。
遗憾的是，在该工作范围内，也与以前的实验标准同样，与放电电流的1次方成比例的束-气反应占支配地位。
而且，这时D-D反应的最大中子产生率，在脉冲电压为-70kV、脉冲电流为10A时是6.8×109n/s，现在使用IECF装置，获得了世界上的最高输出。
3.4利用非蒸发型吸气泵的IECF装置压力控 制(堀田荣喜，山内邦仁)以前，在实验室，作为真空排气系统是组合使用涡轮分子泵（TMP）与回转泵（RP），从高压贮气瓶通过调节管导入氘等气体，调节IECF装置真空容器内的压力，一般都是这样做的。
但是，在屋外包括探测地雷在内使用IECF装置的时候，由于振动与冲击，以及粉尘等使用环境问题，使用TMP与RP比较困难。
因此，试验性的进行使用小型、无可动部分的非蒸发型吸气（NEG）泵控制压力。
NEG泵是利用吸气作用，在活性金属（钛合金）的整体（叶片）上吸附气体分子的性质，进行排气的真空泵。
在此，并且利用加热、升温吸气材料，而氢等吸附分子被解吸的性质，边用加热器（heater）调节吸气温度，边控制压力。
因此，与使用TMP和RP那样的气体输送式泵的场合不同，在控制压力时，不需要高压贮气瓶与调节管的气体引入系统，在装置的简化方面也是有效的。
但是，吸气泵在特性上，由于只吸附H2，N2，O2，H2O，CO，CO2等化学活性的分子，定期的使用辅助泵进行He，Ne，Ar，CH4，C2H6等非活性气体排气是必要的。
但是，实际上用这种方法进行压力控制，由于压力的响应速度依赖于加热器加热的吸气温度的响应速度，所以不那么简单。
图26和图27（译文均略）所示的是压力响应特性相对NEG加热器跃迁电压（heatstep电压）的关系。
图26是给与0～6.42V的加热器跃迁电压时压力变化的曲线图；图27是给与6.42～0V的加热器跃迁电压时压力变化的曲线图。
0V在0.000Pa，6.42V相当于IECF装置运行必要的0.766Pa压力的最终值。
从这些图像可知，响应速度非常慢，特别是图26，从零状态的升 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 温时开始到聚束需要2小时左右。
再者，在升温时与降温时响应速度有明显差别，这是一大特征，进行PID控制时容易振动，可以说是非常难以控制的特性。
另外，用PI控制加弱微分作用谋求稳定化时，成功地获得了非常良好的稳定控制作用。
一旦压力聚束到指令值，其后的控制作用的稳定性非常高，变化压力指令值时的跟随性也良好。
再者，用该控制参数从零状态进行压力控制时，相对于跃迁响应到聚束需花约2小时，IECF装置用6～7分钟运行就能达到必要的压力，聚束便成为可能。
用得到的控制参数进行由放电电压反馈的PI控制的结果示于图28（译文略）。
在放电电压反馈方面也显示良好的控制性，成功获得稳定的放电。
再者，在实际的地雷探测应用方面，例如，为了“测量10分钟＋移动10分钟”的运行周期，考虑从零状态开始的升温响应差，NEG热源（加热器）在移动时也必须是接通的。
3.5用激光诱发荧光法的电位分布测量(吉 川洁，增田开，多几山宪）IECF的核聚变反应率，在理论上显示出很大程度依赖于由离子束和电子自已无碰撞地构建在阴极内部（中心部）附近的电位分布形状。
因此，以前实验研究工作的主要目的是，验证实际上以怎样的空间电位分布存在。
首次于1967年验证了由D-T聚变产生109n/s的Hirsch用屏蔽的准直仪测量相关强度的中子与轫致辐射发生处的强度分布，用此来推定电位分布形状。
再者，Swanson把电子束射入到中心部，从它的折射程度推定空间的电位分布形状。
而且，近年来伊利诺伊大学用准直仪测量由D-D聚变产生的质子（3.03MeV），从它的空间分布形状与电流相关关系，讨论双重阱的存在（图29，译文略）。
这些实验结果都强烈暗示，在中空阴极内中心部附近有电位的双重阱存在。
可是，这些都是使用的间接测量方法，希望有更高精度的直接测量方法。
因此，我们把近年来有大发展的、利用了斯塔克效应的激光诱发荧光法（LTF：Laser-inducedFluorescence）应用于IECF， 进行了局部电场测量。
也就是说，是由斯塔克效应与电四极子迁移禁止HeI的21S(20.6eV)向n1D（n＝3，4）激发，由诱发的荧光偏掁度求局部电场强度的方法。
在测量中，为了尽可能采用空间电荷效应大的条件，聚变反应不是采用Starmode（高电压、小电流），而是采用了Centerspotmode（低电压；大电流）（电子管导电系数K＝I(mA)/V(kV)3/2＝1.95）。
图30（译文略）所示的是光学测量等离子体中心部的光强度分布、21S的LIF强度分布和由LIF（n＝3）求得的电场强度构成的电位分布。
也依赖于分光的空间析像清晰度，可以明显地看到双重阱分布的存在。
再者，这样的电位分布的场合，从阴极敲出的次级电子在内部得到把He原子激发到21S(20.6eV）的足够能量是可能的，所以这些结果并不矛盾。
此外，该结果也是对近30年来对双重阱存在的争论画上了一个句号。
关于核聚变最佳的Starmode，试验了提高测量精度、测量电场（n＝
4，E＜100V/cm）。
但如图31（译文略）所示，与Centerspotmode相比，由于电子管导电系数小，不能形成大的空间电位分布，因此，高能电子数目少，可以认为，结果是能适用于LIF的21S存在不充足。
现在，在外部高效率的（＞～10-4）、制造大量的21S，以超声速把它们注入测量场所。
由于完成了适用于LIF的研究，今后预定进行starmode的内部电位分布的研究。
4IECF装置的应用 4.1地雷探测设备(三泽毅，高侨佳之，久保美和，代谷诚治)IECF是小型中子源，由于它不使用252Cf与 D-T脉冲管那样的放射性物质，所以认为有作为包括在屋外利用的中子源广泛应用的可能性。
作为其中之
一，是进行用于对地雷的探测研究。
现在，由于地雷除了起爆部分的微小金属之外，外壳（case）等都是塑料，所以用以前的金属探测器探测极难。
作为探测这种地雷的方法，有用中子照射埋设地雷的土壤，利用地雷中的炸 33 核科技信息 2008年第2期 NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.No.2,2008 ·综述· 表1模拟考虑的原子分子过程 序号1234567891011121314151617 反应 D+D→D+D+(high) 2(back) 0(high) +2(low) D+D→D+D+e+(high) 2(back) +2(low) +(high) D+D→D+D+D+e+(high) 2(back) +(low) +(high) 0(back) D+D→D++2(high) 2(back) 02(high) D+2(low) D+D→D++2(high) 2(back) +2(high) D+e+2(low) D+D+2(high)
2 D→D+D+D2(back) +(high) 0(high) 2(back) D+D+2(high)
2 D→D+D2(back) +3(low) 0(high) D+D→D+D+D+3(high) 2(back) 02(high) +(high) 2(back) D+D→D+D+D+3(high) 2(back) 0(high) +2(high) 2(back) D0(high)+D2(back)→D+(high)+D2(back)+e D+D→D+D+e0(high) 2(back) 0(high) +2(low) D+D→D+2D+2e0(high) 2(back) 0(high) +(low) D+D→D+D+D+e0(high) 2(back) 0(high) +(low) 0(back) D+D→D+D+e02(high) 2(back) +2(high) 2(back) D+D→2D+D+2e02(high) 2(back) +(high) 2(back) e+D2(back)→D+2(low)+2e e+D→D+D+e2(back) +(low) 0(back) 注：High表示高能粒子；Low表示低能粒子；back表示残留气体粒子 表2IECF装置达到的D-D聚变反应率 单位名称京都大学 东京工业大学关西大学 日立制作所威斯康星大学 伊利诺伊大学洛斯阿拉莫斯国家实验室 D-D聚变反应率/s1×107（稳定，62kV·30mA，φ34cm）1×107（稳定，80kV·80mA，φ20cm） 5×105（稳定，圆筒形）7×108（脉冲，70kV·10A，圆筒形） 3×106（稳定，60kV·50mA）9×107（脉冲，35kV·4.5A） 8×107（稳定）2×108（稳定，180kV·60mA）2×109（脉冲，105kV·3.4A） 2×106（稳定）7×108（脉冲） 1×106（稳定） 注：表中为2007年5月的数据 34 药与土壤的响应不同的方法。
由于炸药中含的氢比其它元素散射中子的概率高，所以地中一存在地雷（炸药），由散射回到地表的中子数目就增加。
中子与氢和氮发生核反应（中子俘获反应），释放出具有依赖于元素特定能量的γ射线。
特别是炸药中含有很多氮，由中子俘获反应释放出10.83MeV的γ射线，但这种γ射线比由其他元素释放出的γ射线的能量高，所以对于周围的本底，能以比较高的S/N比检测出来，测量它就能探测到地雷。
除这样的探测原理以外，探测由中子的非弹性散射反应释放出的γ射线的方法，世界各国也在进行研究。
利用中子的这些方法，在包括探测地雷、空港等的行李与信封中的炸药和药物检查中，是特别视为有希望的方法。
我们研究开发小组，开发出了小型、轻量、而且便宜、能高效率探测由于中子俘获反应而由氢与氮释放出的γ射线、能放置在γ射线入射方向的闪烁体复合探测器（图32，译文略）。
这种复合探测器由底面有孔的空圆筒状NaI(Tl)闪烁体中插入高密度、能高效率探测高能γ射线的BGO闪烁体结构构成。
把由这2种探测器得到的信号进行称之为非同时测量法的数据处理，能减少周围的杂波，仅选择测量从NaI底部孔穴方向入射的γ射线，而且使得用称之为同时计数法的方法更有效率地测量γ射线成为可能。
组合IECF中子源与这种探测器，进行了探测地雷的验证实验。
实验中，把装了TNT炸药或RDX炸药的容器埋在土壤中，为了探测地雷，把中子的发射方向稍微偏离铅直方向，新设计了IECF与探测器，而且如图33（译文略）那样配置γ射线与中子的屏蔽体
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