核电的主要过程是核燃料循环的过程，包括核燃料来源及制备、核电机组运行和核乏料处理等。在整个过程中，核安全性是重中之重，也是核电可持续发展的关键。目前，核裂变能主要用于发电，全球共有430多座核电机组在运行，总装机超过3.7亿千瓦，提供全球约16%的电力，有40多座核电反应堆正在建设。

      几十年来，核电站中的核燃料使用基本是一次性通过循环。虽然这在短期内降低了核乏料后处理的难度和成本，也减小了核扩散的可能性，但是，大量的核乏料寿命长达百万年，使人们无法保证核乏料包装材料长久的坚固性或因地质扩散等影响到的安全可靠性。

      因此，国际原子能组织和大多数核电国家认识到，必须采用核燃料的多次封闭循环使用。这不仅可对核乏料进行嬗变处理，也可提高核燃料的使用效率，如果采用硬中子谱的反应堆，特别是加速器驱动的次临界堆系统（下称“ADS”）进行核废料嬗变，可使核废料放射性寿命由数百万年降到约700年，使地质处理及其材料封装成为可能，保证了核废料处理的科学可行性，也使ADS系统产生的90%的电能供给电网使用。

      现在，有能力对核废料进行处理的方法，有快中子反应堆和ADS系统。考虑到这两种系统的特点和性价比，国际原子能组织认为ADS更适合于燃烧乏燃料，中国科学院院士咨询委员会也建议：快堆侧重于核燃料的增值，ADS系统侧重于处理核废料。

      目前，提高核裂变能燃料供应的主要途径有以下几种：

      第一，由于铀235在自然界的丰度只有0.72%。采用快堆的高能谱中子使铀238和快中子复合反应并衰变产生镎239，再经过衰变生成钚239，通过放射化学分离出钚形成完整的铀钚循环，可使铀钚循环的核燃料增值约60倍。

      铀钚循环技术所涉及的快中子反应堆和放射分离技术都比较成熟，快堆已经进入试验运行阶段，但这种使核燃料增值的途径，一方面会提高生产成本，另一方面也没有减少核扩散的可能性。

      第二，作为核裂变能的另一循环是钍铀循环，钍232在反应堆中与中子进行复合反应衰变后产生镤233，再经过衰变生成铀233，进而通过放射化学可分离出铀233形成完整的钍铀循环。由于自然界的钍是100%的同位素钍232，加上世界上钍矿藏约是铀的3倍，且我国钍储量较丰富，采用钍铀循环可使核燃料增值上百倍。

      至今，钍铀循环的科研比较有限，钍铀循环的乏燃料的处理较困难，估计在一定时间内钍燃料只能是一次通过。然而，这也使钍铀循环的核燃料难以用于核武器制造，即避免了核扩散。

      第三，由于溶在海水中的铀酰离子含有约45亿吨的铀，比现已探明的约470万吨铀矿高出近千倍，但海水中的铀含量极低，使得长期以来这方面没有得到重视。日本高崎研究所经过长期不懈的研究，从海水中富集得到了公斤级的铀，成本约是现在铀矿的3倍多，这种富集的方法使海水或盐湖水提铀成了提供铀燃料的一种潜在途径。

      然而，在技术问题解决后，由于核燃料在核电成本中占大约3%，哪种途径被采纳将取决于进度与综合的性能价格比。

      反应堆中核燃料的高燃耗和先进核反应堆是核电追求的目标。这不仅可提高核电的经济性，也可减少核乏料的数量，其关键的问题是材料。因此，抗辐照材料的研究是研究先进核反应堆的核心问题。（作者詹文龙为中科院副院长）