核科学

自然科学与技术科学交叉形成的科学

核科学由自然科学与技术科学交叉形成的核科学技术始于20世纪前半叶，它是国家科技水平和综合国力的标志。核科学技术始终保持旺盛的生命力。

简介

核科学发展特点：一是深入探索物质深层次结构，另一是各种核技术（如核武器、核能、加速器、同位素与核辐照等）得到广泛应用。核科学技术研究是核事业生存与发展的先导和基础，更是核能利用、核燃料循环、核技术应用三大产业发展的技术支撑。核科学技术已形成几十个分支学科。本报告重点研究发展较为成熟、与国计民生密切相关且反映国内外核科技水平的若干分支学科。核科学由自然科学与技术科学交叉形成的核科学技术始于20世纪前半叶，它是国家科技水平和综合国力的标志。核科学技术始终保持旺盛的生命力。发展特点：一是深入探索物质深层次结构，另一是各种核技术（如核武器、核能、加速器、同位素与核辐照等）得到广泛应用。核科学技术研究是核事业生存与发展的先导和基础，更是核能利用、核燃料循环、核技术应用三大产业发展的技术支撑。核科学技术已形成几十个分支学科。本报告重点研究发展较为成熟、与国计民生密切相关且反映国内外核科技水平的若干分支学科。

学科概况

核科学是一门由基础科学、技术科学及工程科学组成的综合性很强的尖端学科。本学科主要研究核能科学与工程、核燃料循环与材料、核技术及应用、辐射防护及环境保护。核工业要形成体系必须包括核燃料循环以及研制满足特殊要求的材料。前者是以许多新型的化工和特殊的工艺过程为基础的。这些过程包括放射性和稳定同位素的分离、核燃料元件制造、辐照燃料的后处理、放射性废物的处理等。后者要满足对核燃料和核反应堆的结构部件所应具有的特殊核性能要求，形成了特殊的核材料科学和技术领域。核能是世界能源结构中的一个不可缺少的组成部份，在国民经济中占有重要的地位。

本学科研究核能的产生，有效的利用及其安全性和有关的核技术问题，是一门由基础科学、技术科学和工程科学组成的具有重大生产实践意义和理论发展前景的综合性学科。核燃料循环与材料研究核裂变和核聚变燃料循环各个过程中的科学和技术问题，包括：核裂变和核聚变燃料、辐照核燃料的后处理、放射性废物的处理、放射性和稳定同位素的分离、核工程材料等。本学科是一门和物理学、化学、材料科学与工程、化学工程与技术、冶金工程等学科有关的，由基础科学、技术科学和工程科学组成的综合性学科。环境保护是我国的一项基本国策。辐射防护及环境保护涉及放射性和有毒有害物质的防护与污染控制。本学科对保护人体健康和人类生存环境有重要意义，对促进核科学与技术的发展起着重要作用。本学科主要研究辐射防护，核废物及危险废物的处理技术，废物资源化技术，核废物及危险废物处置技术，放射性物质及有毒有害物质在地表水、地下水、包气带和大气环境中的迁移、转化、扩散规律，核废物和危险废物管理的环境影响评价与安全分析，核技术在环境科学与工程中的应用。

在核能中裂变能的利用已获得广泛的发展，核能已成为经济、安全、可靠而又洁净的能源。中国的核电已进入蓬勃发展阶段，核供热反应堆正由试验堆向商用堆发展。快中子堆、高温气冷堆、聚变一裂变混合堆已列入我国高技术发展计划，有的已开始投入建造。脉冲堆及高通量试验堆也在一些特定领域发挥了重要作用。现在正致力于发展具有更高安全性和经济性的先进核反应堆堆型及核能的综合利用。在受控热核聚变方面，聚变等离子体物理与核聚变的理论与实验研究，在世界范围内已取得了较大进展，它的成功必将为人类最终解决能源问题作出重大贡献。

发展

20世纪40年代实现由辐照后燃料中提取裂变物质及建成大规模分离铀同位素的工厂以来，世界上的有核国家在此领域发展很快。粒子加速器和核探测技术是研究核科学、发展核技术的重要手段。多种大型加速器和同步辐射光源的建成，医用和工业加速器的成批生产，同位素的应用，射线探测技术、核电子学与计算机的发展，使核技术广泛应用到理、工、农、医、生物、地质等各个领域，推动了科学技术的发展，产生了可观的社会效益和经济效益。人们在广泛利用核能和核技术的同时必须面对特殊的人身安全和环境问题。为此，要研究和解决对放射性和有毒有害物质的防护和污染控制；要确保核设施的安全，同时妥善解决放射性废物的最终安全处置；不但要解决核设施工作人员的辐射安全防护问题，而且要使核设施周围的公众受到的环境辐射剂量达到合理的尽可能低的水平，以保护人体健康和生态环境。本学科所属的二级学科有：核能科学与工程，核燃料循环与材料，核技术及应用，辐射防护及环境保护。目前，我国已形成一整套核工业生产、科研与教学体系，核能和核技术应用已发展到工业规模的阶段。本学科在向深度和广度发展的同时也促进了其他学科与高科技的发展。

中国的核事业已取得辉煌的成就：①成功地研制出原子弹、氢弹、核潜艇等武器装备；②核电建设取得初步成就；③建成独立完整的核科技与工业体系；④核技术应用领域不断扩大；⑤培养和造就了高素质的人才队伍。20世纪50年代中，中国开始发展核工业。1964年10月16日爆炸第一颗原子弹；1967年6月17日进行首次氢弹试验；1971年9月第一艘核动力潜艇下水。“两弹一艇”的伟业标志中国已初步建立完整的核工业体系，跨入世界核大国行列。

改革开放后，开发核电掀开了中国核工业发展的新篇章。中国自主设计建设的秦山核电站于1991年投产。秦山二期、秦山三期、大亚湾核电站、岭澳核电站、田湾核电站已陆续投入商业运行；已形成门类齐全、专业配套的核科学技术体系。在核电技术研发、工程设计、设备制造、工程建设、营运管理等方面具备了相当的基础和实力，能自主设计建设30万千瓦和60万千瓦压水堆核电机组，也具备“以我为主、中外合作”建设百万千瓦级机组的能力。中国还积极开展其他形式核能利用研究：建成多个核聚变试验装置；启动串列加速器重点实验室研究计划；完成低温核供热工程试验研究；高温气冷堆达到临界；实验快堆正在建造之中；先进研究堆等重大科学工程进展良好。

在核电发展带动下，通过引进和自主开发，对核燃料循环工业体系进行技术改造，在某些关键环节实现工艺技术更新换代。其他核技术已广泛应用于工业、农业、医疗卫生、环境保护、矿产勘探、公共安全、科研等诸多领域，取得显著社会经济效益。中国还建立了相对完整的核安全与环境保护、核应急等保障体系，以及与国际接轨的安全法规监督体系、组织管理体系；各核设施保持良好安全运行记录。

国际核科学技术发展的现状与趋势

（一）核基础研究领域

核物理研究提高了核多体计算的精确度。在核反应和核结构研究方面，主要目标是发展高同位旋、高角动量的极端条件。高能加速器在高能量前沿、高亮度前沿和新技术、新原理3个方面有发展。超导磁铁和超导高频腔在加速器中广泛应用。激光加速、等离子体尾场加速和双束加速器等研究取得突破性进展。以国际热核实验堆（ITER）计划的启动为标志，磁约束核聚变研究已经完成科学（等离子体物理学）可行性验证。已建立先进核临界安全研究设施和实验平台，形成并公布了许多临界安全基准数据。在核安全方面，重点研究严重事故、数字化控制与保护系统、人因工程、非能动安全、老化管理、概率安全评价、防恐怖和防核扩散等技术。

（二）核能技术领域

世界核电发展正处于复苏时期，在役核电站要尽量延寿运行，同时大力开展新堆型研发。先进压水堆技术已形成以非能动安全系统、先进反应堆芯、模块化设计、数字化仪表与控制等为代表的新潮流。第三代压水堆已形成EPR和AP-1000两种设计；已提出以高放废物最小化、核能可持续发展和强化核不扩散为目标的第四代（共6种）先进核能系统，其中有3种是快堆（钠冷快堆、铅冷快堆和气冷快堆）。快堆技术发展逾30年，主要核电发达国家都已掌握快堆技术。高温气冷堆已建成2个实验堆并完成3个商业示范电站设计。军用核动力技术重点向自然循环能力强、体积小、重量轻的一体化布置目标发展。在空间堆方面着重空间核反应堆电源的研究，提高军事卫星的攻防能力和生存能力。

(三)核燃料循环技术领域

探明铀资源储量可满足全球核工业发展需求。数字化铀矿山与循环经济是国际铀矿开采的总体发展趋势；地浸采铀技术已获发展和推广应用。国际铀浓缩技术由气体扩散法向更有效、经济与可靠的气体离心法发展。研究试验堆的燃料转向低浓化；提高压水堆燃料元件生产效率和制造能力，改进自动化和数字化控制水平，增加其在堆内的安全运行可靠性。在核燃料循环后段方面，多数国家走核燃料闭式循环（后处理）之路；部分国家选择 “一次通过”（直接处置）方式；少数小国 “等着瞧”。用于后处理的水法PUREX流程已经成熟，一段时期内仍是后处理工艺的主体；对未来的先进反应堆乏燃料，倾向于干法处理。放射性废物处理与处置的改进目标是：实现废物最小化，提高净化效果，延长设备使用寿命，减少维修和降低工作人员受照剂量。

培养目标

1．博士学位应在数学、物理、热工、材料、力学和核工程方面应具有坚实宽广的理论基础和系统深入的专业知识，对本学科的现状与发展方向具有系统深入的理解。至少掌握一门外国语，能阅读本专业的外文资料，具有一定的写作能力和进行国际学术交流的能力。熟练应用计算机。作风严谨，具有独立从事科学研究的能力，并作出创造性成果。能从事高等学校教学，参与和承担重大项目的设计、建造、运行和管理工作。

2．硕士学位应在数学、物理、热工、材料、力学和核工程方面具有坚实的理论基础和系统的专业知识。比较熟练地掌握一门外国语。熟练应用计算机。具有从事本学科的科学研究、教学、工程设计、建造、运行、管理等方面的工作能力。

应用领域

欧共体开展BRITE研究与发展计划，推动高分子材料的辐射改性；日本和美国制定“推进辐射技术计划”。全球现有近300台放射性同位素生产装置，包括约100座研究堆和180台加速器。约50个国家拥有同位素生产设施，大部分属于经济合作和发展组织。主要的同位素生产国还有中国、印度、俄罗斯和南非。放射损伤诊断技术正实现自动化和系统化。辐射技术也得到较快发展，并渗透到经济社会的许多领域。

1．裂变堆工程技术

（1）动力堆，已掌握用于先进压水堆的物理、燃料组件、热工水力设计程序，具备对大型压水堆含钆可燃毒物长循环低泄漏堆芯和燃料管理的设计能力。对应付全厂断电工况非能动余热排出、主冷却剂和主蒸汽管道破口工况的非能动安全壳冷却和安注等系统做了重点研究。研制出核电站仪控系统用计算机原理样机，建立先进控制室开发平台和半实物仿真系统。

（2）研究试验反应堆，已开工建设两座新研究堆（CMRR和CARR），并正筹建一座新的工程试验堆。

（3）快中子堆，正在建设采用钠冷堆型的中国实验快堆，大部分设备由本国生产，预计2008年建成并达临界。

（4）高温气冷堆，自主设计、建造的10MW高温气冷实验堆已满功率运行且并网发电；高温气冷堆核电示范工程也已启动。

（5）加速器驱动次临界洁净核能系统（ADS），建立世界第一个ADS次临界反应堆实验平台、配套专用计算机软件系统及专用中子、质子微观数据评价库，开展工程概念优化方案计算。

2．核聚变工程技术与等离子体物理学，已建成HT-6B、HT-6M和超导HT-7、EAST等托卡马克装置。在HL-2A和HT-7上开展国际前沿物理研究；完成不同堆型（磁镜、托卡马克）、不同用途（混合堆、工程实验堆、商用堆、D-3He聚变堆）的托卡马克聚变堆系列设计研究；加入国际热核试验堆计划；开始惯性约束激光核聚变装置（神光Ⅲ）的建造；“快点火”技术和软件平台建设取得较大进展。

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