国际原子能机构（IAEA）：2025年核技术评论报告（92页）.pdf

核心结论速览： 小型模块堆将重塑全球核能格局：IAEA高值预测中SMR将占新增容量150吉瓦（近1/4），68种设计在研，首座商业SMR（中国HTR-PM）已于2023年12月运行。 人工智能正深度嵌入核电全链条：从燃料芯块自动检测、堆芯装料优化到乏燃料贮存罐图像分析，AI提升安全性与效率。同时，核能为AI数据中心供电——科技巨头直接投核能应对能源需求激增。 俄歇电子发射体开启精准癌症治疗新纪元：能量低至电子伏级，可在癌细胞内精确释放能量，是最具前景的选择性治疗方案。IAEA已确定有前景的放射性核素候选清单。 聚变能从实验室走向产业化：全球投资超80亿美元，美国国家点火装置5.2兆焦耳输出、能量增益超2，中国洪荒70高温超导托卡马克已获第一等离子体。 空间辐射研究依赖离子束加速器：粒子加速器可在几分钟内提供相当于数年的空间辐照剂量，支撑宇航员辐射防护、电子设备硬化和深空探测任务。 核技术成食品安全隐形守护者：FAST-IRMS方法快速检测蜂蜜掺假，CRISPR-DETECTR技术精准诊断香蕉TR4病害，放射性标记兽药支撑国际食品法典标准制定。 硫-35同位素示踪地下水快速污染：半衰期87.4天，样品量从20升减至10克，为极端天气后地下水污染提供早期预警。一、小型模块堆——核能新赛道的核心变量。（一）SMR的全球格局与商业突破。小型模块堆（SMR）正在成为全球核能发展的核心创新方向。IAEA《2025年核技术评论》显示，在2050年高值预测的950吉瓦核电容量中，SMR将贡献约150吉瓦，占新增容量近四分之一。截至2024年，IAEA《小型模块堆：2024年发展进展》记录了68种SMR设计在研。2023年12月，中国球床模块式高温堆（HTR-PM）开始商业运行，从两个模块向电网供应200兆瓦（电），同时进行地区供热——这是全球首座投入商业运行的小型模块堆，验证了SMR技术的商业可行性。2024年10月，IAEA举办首次SMR及其应用国际会议，97个成员国和18个国际组织的1200多名与会者参与，反映出全球对SMR的空前关注。（二）SMR的独特价值与应用场景。每台机组高达300兆瓦（电）的功率使SMR非常适合：替代老化的化石燃料发电厂；为小型电网和偏远地区供电；与可再生能源和储能系统协同提供灵活电力供应；非电力应用包括核能淡化海水和制氢。微堆（最多20兆瓦（电））采用气冷、液态金属冷却和热管技术，面向没有接入电网的偏远社区、矿山和渔业。海基SMR同样活跃：俄罗斯KLT-40S浮动核电厂已进入第二个四年周期；丹麦开发100兆瓦（电）紧凑型熔盐堆；韩国BANDI-60（60兆瓦（电））；中国ACP100S。航运业也宣布对SMR感兴趣，将其作为到2050年实现净零碳排放的潜在解决方案。（三）SMR的监管与标准化进程。IAEA于2021年设立SMR平台，协调17个部门的活动。“核协调统一和标准化倡议”（NHSI）进入第二阶段（2025—2026年），设工业轨道（高级别用户需求协调、规范标准共同方案、实验测试验证、加快基础结构实施）和监管轨道（信息共享框架、多国许可证预审批、监管协作审查）。SMR门户网站（smr.iaea.org）向成员国提供所有SMR相关服务和活动信息。二、人工智能——核电与核燃料循环的智能升级。（一）AI在核电运营中的应用。核工业正越来越多地应用机器学习和人工智能技术以提高质量和效率。在西班牙埃努萨公司核燃料组件制造中，二氧化铀陶瓷芯块表面目视检查已由AI驱动的自动图像分析取代——比目视检查更稳妥，避免主观性和疲劳等人为偏差。俄罗斯TVEL燃料公司实施了燃料芯块外观自动控制，诺沃西比尔斯克化学浓缩厂开发了多种系统整合到生产线中用于燃料组件质量控制。美国电力研究所研究利用AI分析远程检查乏燃料贮存罐期间拍摄的照片，在评价变色、划痕或点蚀方面确保一致性和消除人为因素。中国、韩国等国部署“智能工厂”概念，将数字技术和AI应用纳入核电厂运行和维护全过程。AI还被应用于优化堆芯设计——优化燃料装料模式、延长装料时间，提高输出功率同时减少废物、降低运行费用。（二）AI与核能的共生关系。值得关注的双向趋势：AI不仅提升核能运营效率，核能也在满足AI的能源需求。大型技术公司正直接投资于核能，以应对数据中心和AI前所未有的能源需求增长。IAEA报告指出，利用核能为数据中心和人工智能供电正在迅速扩展——这构成了一个独特的“AI赋能核能、核能驱动AI”的闭环。三、俄歇电子发射体——精准癌症治疗的未来。（一）从β粒子到俄歇电子的演进。放射性配体治疗（RLT）利用发射β粒子、α粒子或俄歇/转换电子的放射性核素与靶向递送介质（肽、抗体或抗体片段）结合，选择性破坏或消除癌细胞。β粒子能量在兆电子伏范围、穿透组织较长（毫米）；α粒子和俄歇电子具有更高传能线密度，在目标癌细胞近距离沉积能量——实现高度局部化损伤。俄歇电子能量较低（电子伏至千电子伏，α粒子在较高兆电子伏范围），可在靶细胞内更精确释放能量。这使得基于俄歇电子的RLT成为目前最具前景和选择性的治疗方案。（二）IAEA的推动与候选清单。选择最合适放射性核素的关键因素：半衰期、发射俄歇电子数、伴随辐射发射、能否实现临床规模生产。许多俄歇电子发射体可用传统医用回旋加速器生产，使其可在世界范围内广泛使用。IAEA 2022年技术会议汇聚了放射性核素生产、放射化学、放射性标记和辐射生物学专家，确定了对基于俄歇电子的RLT有前景的放射性核素和相关递送系统最终候选清单。目前大多数研究基于铟-111和碘-125等商用核素（可能并非最佳候选），需要巨大努力开发理想核素的生产技术。专门从事放射性核素生产、放射化学、放射性标记和螯合剂开发的研究人员之间的持续合作，以及临床前和临床评价，对推进临床相关放射性药物至关重要。诊疗（基于相同递送系统和医用放射性核素，同时使用诊断工具和治疗剂）已成为识别将从RLT中受益最多患者的重要策略。四、聚变能——从实验室突破到产业化前夜。（一）2024年的里程碑突破。美国国家点火装置自2022年12月聚变点火突破以来，已成功复制至少四次，最近一次创5.2兆焦耳能量输出、能量增益超2的纪录。欧洲联合环（JET）在2023年最后氘-氚实验中实现自持聚变维持5秒、产生69兆焦耳，创世界纪录。中国能量奇点公司开发的全球首个高温超导托卡马克——洪荒70（HH70）已获得第一等离子体（环向磁场0.6特斯拉、大半径0.75米、26个高温超导磁体）。下一代洪荒170（HH170）目标氘-氚等效能量增益大于10。（二）全球投资与监管新格局。聚变能产业已吸引超80亿美元投资。2024年7月，美国颁布《ADVANCE法案》，纳入《聚变能法案》条款，将聚变能监管与裂变能分离——核管理委员会正在起草聚变系统许可证审批导则。英国确认聚变设施由环境机构和健康安全局监管（非核监管办公室）。德国强调为聚变制定务实、独立且有利于创新的法律框架。法国认为裂变和聚变有共同技术挑战，应利用现有监管框架。“敏捷国家”聚变能工作组（加拿大、日本、英国为成员，巴林、新加坡为观察员）提出联合建议——主张明确监管框架，对独立于聚变技术的聚变设施适用，保持对人类和环境的适当保护，与聚变危害相称，保持透明并支持创新。2024年11月6日，IAEA与意大利政府在罗马组织世界聚变能小组首届部长级会议。ITER项目：2024年11月理事会核可新基线，2034年开始研究运行，2036年实现全磁能长脉冲运行（15兆安培），氘-氚运行从2035年推迟至2039年。五、粒子加速器——支撑空间探索的关键工具。（一）离子注入技术的广泛应用。离子注入——带电亚原子粒子经加速后撞击材料表面改变其特性——覆盖从半导体生产到航天器材料改性的几乎所有现代技术领域。对制造专业望远镜和图像传感器部件的注入机需求持续增长。离子注入设施运营成本低、占地面积相对较小，具有巨大创新和社会经济发展潜力。随着建造费用逐渐下降，欠发达国家未来可利用该技术的众多应用。（二）空间辐射研究与粒子加速器。在执行深空任务（月球永久存在、火星及更远）期间，宇航员将暴露于银河宇宙射线和太阳高能粒子——高能粒子直接穿过皮肤、沉积能量、破坏细胞或DNA。空间辐射还可通过重离子和高能质子引起的单粒子效应改变电子设备运行。离子束加速器可将质子和重离子加速到高能量，在几分钟内提供相当于数年的空间辐照剂量。离子束加速器科学在以下领域支撑空间探索：混合辐射环境中的剂量测定、屏蔽材料研究（减轻辐射照射）、电子设备硬化、增进对空间辐射生物学效应的了解。这些研究结果还可支持改善癌症治疗和开发在恶劣辐射环境中性能更优的电子系统。IAEA通过“利用基于加速器的技术进行亚细胞成像和辐照”协调研究项目，推进加速器科学在放射生物学和探测器开发中的应用。六、核技术守护食品安全——从农田到餐桌。（一）兽药放射性标记与食品安全标准。保护消费者免受兽药和杀虫剂危害需要食品法典最高残留限量等统一标准。制定标准需要化学物质在可食用动物体内吸收、分布、代谢和排泄的数据以确定停药期。IAEA协调研究项目“动物基质中兽药消除及残留辐射测量分析”探讨锌-65（半衰期244天）等放射性同位素使用，为应对高成本放射性同位素采购挑战提供解决方案。回旋加速器不仅生产医用放射性同位素，还可支持食用动物研究（鱼类、家禽、绵羊、山羊），以加强国家食品安全系统。（二）FAST-IRMS：食品欺诈快速检测。具有地理标志的食品常被假冒。植物材料中非交换氢携带与产地相关的稳定同位素信号。IAEA开发“通过合成转化并结合同位素比质谱测定法进行食品鉴定”（FAST-IRMS）方法——更快、更方便地检验食品真实性，尤其适用于检测优质蜂蜜中掺入廉价糖浆，提供食品地理来源信息。好处：结果更快、准确性更高（避免氢交换问题）、使用范围更大（更多实验室可用元素分析仪-同位素比质谱测定法系统，无需昂贵设备）。（三）CRISPR-DETECTR：香蕉TR4病害检测。香蕉镰刀菌枯萎病病原体TR4对全球香蕉生产造成严重影响。IAEA通过植物育种和遗传学实验室，利用DNA内切酶靶向CRISPR反式报告系统（DETECTR）开发适合目的的先进诊断方法，具有出色的灵敏度、特异性和可重复性。该方法在若干病原体分离株中验证成功，可用于使用相关小种、菌株、内生菌和其他相关物种对TR4进行特异性检测。技术快速、可靠、资源高效、不需要复杂实验室装置、只需极少样品制备和有限操作员培训，适用于即时诊断和主要出入境口岸早期干预。正在努力将技术与生物传感器相结合，进一步提高在病原体含量极低情况下的检测能力。七、硫-35同位素——地下水污染的早期预警系统。全球约一半人口依赖地下水。气候变化（极端天气事件频率和强度增加）和土地利用变化增加了污染物从地表迁移到含水层的可能性。硫-35是宇宙成因同位素（宇宙射线与大气中氩-40相互作用产生），半衰期87.4天——可有效观测一年内到达含水层的水，对识别自然灾害或工业事故后立即出现的污染风险至关重要。IAEA开发了将样品量从20多升减至10克的取样和装运程序，通过超低含量液体闪烁计数降低探测限值，确保方法可转让给成员国实验室。硫-35还用于评定管理的含水层补给（MAR）场址适宜性——气候变化适应的重要工具。计划2025年由成员国收集并向IAEA运送初步样品。延伸阅读。以上为报告核心趋势分析，如需获取完整报告详细数据及全部案例，请访问下载页下载完整PDF报告。FAQ。Q1：小型模块堆（SMR）与大型核反应堆有何不同？A1：SMR单机功率最高300兆瓦（电），约为传统反应堆的三分之一，但具有模块化设计、建造周期短、前期投资低、适用于小型电网和偏远地区等优势。2023年12月中国HTR-PM成为全球首座商业运行SMR。Q2：AI在核电领域有哪些具体应用？A2：AI应用于燃料芯块自动检测、堆芯装料模式优化、乏燃料贮存罐图像分析、智能工厂运行维护等。同时核能正为AI数据中心供电，形成双向驱动。Q3：什么是俄歇电子发射体治疗？A3：利用发射俄歇电子的放射性核素与靶向递送介质结合，在癌细胞内精确释放低能量（电子伏至千电子伏）辐射，选择性破坏癌细胞。这是目前最具前景的精准癌症治疗方案之一。Q4：聚变能商业化进展如何？A4：全球聚变投资超80亿美元，美国国家点火装置实现重复点火（5.2兆焦耳输出），中国洪荒70高温超导托卡马克已获第一等离子体。美国、英国、德国等正在建立聚变专项监管框架。Q5：粒子加速器如何支持空间探索？A5：离子束加速器可在几分钟内提供相当于数年的空间辐照剂量，用于研究辐射生物学效应、电子设备辐射硬化和屏蔽材料，支撑月球、火星等深空任务。Q6：核技术如何检测食品欺诈？A6：IAEA开发的FAST-IRMS方法通过分析食品中糖的非交换氢稳定同位素比率，快速检测优质蜂蜜中掺入廉价糖浆，并提供食品地理来源信息。数据来源说明。本文数据来源于国际原子能机构（IAEA）《2025年核技术评论》（GC(69)/INF/9号文件），报告涵盖2024年全球核技术领域的发展动态，数据截至2024年12月底。