2021年10月英国政府发布了聚变能国家战略报告，提出了未来20年英国支持商用聚变能发展的国家政策。2023年10月英国政府再次发布聚变能国家战略升版报告，明确提出将支持英国建造首座聚变能原型电厂及建立世界领先聚变能产业的目标。

战略报告中提出了英国实现聚变能战略的三大支柱，即国际合作、科技专长与商业化。

国际合作的主要目标包括：利用国际研发合作加速聚变能的商业化；通过合作降低英国聚变能计划的成本和风险，同时保护英国的知识产权和竞争优势；领导国际聚变能标准和法规制定，确保安全，同时最大限度地挖掘聚变能的全球潜力，为英国出口聚变能技术创造市场机会。目前英国已与美国、加拿大、日本、韩国、新加坡、国际原子能机构（IAEA）及欧盟（EU）等国家和国际机构签订合作协议，开展聚变能技术研发和监管领域合作。

科技专长的主要目标包括：在聚变能科学、技术和科研设施方面保持全球领先地位； 吸引、培养和留住一流的聚变能人才，包括辅助工程学科人才。目前英国拥有的重要聚变能研发设施包括欧洲联合环（JET）、能源生产用球形托卡马克（STEP）、升级版兆安培球形托卡马克（MAST-U）、挑战性环境远程应用机器人中心（RACE）、材料研究设施（MRF）、中央激光设施（CLF）、氢-3 先进技术中心（H3AT）。近年英国还将投资2 亿英镑（约合18亿元人民币）建造新的燃料循环测试设施，用以研发锂基氚增殖器、先进中子诊断技术和氚生产技术。

商业化的主要目标包括：在英国建立充满活力的聚变能产业集群；为聚变能及相关技术吸引外来投资；发展供应链和技术基地，支持聚变能设施的建设；使英国公司在未来全球聚变能市场上具有强大竞争力。英国计划2040年前完成首座能源生产用球形托卡马克（STEP）电厂的设计、研发和建造。为此，还于2023年2月新成立了英国工业聚变解决方案有限公司 (UKIFS)，专门负责STEP项目的实施。

2023年战略报告中新开发了 “聚变未来计划（Fusion Futures Programme）” 该计划旨在推动英国聚变能产业发展及提高在聚变能领域的国际竞争力。内容方面主要涉及了聚变能相关基础设施建设、科研能力建设以及产业化和商业化等。

基础设施建设方面，主要包括为英国聚变能产业集群的进一步发展提供资金，为聚变能领域公司提供基础设施和设备支持，以及建造新设施用于聚变燃料相关研发。

科研能力建设方面，主要包括设立聚变能技术中心，与大学、科研机构和产业合作，培养聚变能领域高水平科学家、工程师和技术人员。

产业化和商业化方面，主要包括拓宽聚变能产业规划，为多种聚变能技术发展创造条件；寻找与国际热核聚变实验堆（ITER）合作和分享专业知识的新途径；

探索建立英国聚变能投资基金，与潜在的投资者合作，为日益增多的英国聚变能公司和供应商提供长期投资。

英国政府从 2021年至2025 年将投入超过 7 亿英镑（约合64亿元人民币），用于支持英国原子能管理局（UKAEA）的“尖端研究计划”和设施。2022 年英国政府投入 1.26 亿英镑（约合11.5亿元人民币）用于 “英国聚变能计划” .

根据2023年战略报告，从2023至2027年，英国政府还将再新投入6.5亿英镑（约合59亿元人民币）用于支持新开发的 “聚变未来计划”，其中0.25亿英镑（约合2.3亿元人民币）将用于维持现有的及探索新的国际合作；2 亿英镑（约合18亿元人民币）将用于建造新的燃料循环测试设施；0.11亿（约合1亿元人民币）英镑将用于提高英国工业公司交付STEP项目关键组件的能力等。

英国《核设施法案》（NIA 1965）和《核设施条例》（NIR1971）规定了英国核设施许可和监管方法。基于聚变能设施风险和危害较小不应按照核设施监管，应采用非-核监管框架（辐射安全监管框架）的认知，英国政府于2021年10月1日发布“绿皮书：迈向聚变能”，概述了对英国聚变能监管框架的意见，于2021年10至12月开展公众咨询，并于2022年6月20日，发布报告回应公众关注事项。

英国政府提出聚变能监管框架建议的基础是已有的聚变研究设施的监管实践，主要考量是：推进聚变能电厂安全、快速落地，在促进创新的同时保护公众和环境。意见主要包括以下五个方面：

（1）聚变能电厂的辐射危害较研究设施有所增加，但无本质区别，因此对聚变能电厂的监管框架仍将与现有聚变研发设施监管框架保持一致。

（2）通过修订现有核领域法规，明确对聚变能的监管原则，增加必要的新条款，保障对聚变能电厂进行高效、有效和适度的监管。

（3）加大监管机构在聚变能研发阶段的参与力度，为研发机构提供必要指导，促进聚变能技术的安全、快速落地和商业化。

（4）随着聚变能技术的发展，不断审查相关政策的适宜性。

（5）鉴于聚发能电厂技术方面仍存在不确定性，至少每十年对聚变能监管框架和方法进行一次审查。

（1）监管机构

目前英国聚变能研发设施由环境署（EA）和健康与安全执行局（HSE）共同监管，未来聚变能电厂将继续由上述两个机构监管。根据英国政府意见，不应将聚变能电厂划入《核设施法案》（NIA 1965 ）定义的“核设施”范畴，因此将修订该法案，明确将聚变能电厂排除在该法案的管辖范围之外。据此，聚变能电厂营运单位将无需申请核设施许可证，同时，核监管局（ONR）也无需按照核设施对聚变堆电厂进行监管。

然而，ONR仍将负责监管聚变能电厂放射性材料场外运输和核安保。在英国氚不属于《核安保条例》（2019）的管辖范围。英国的氚主要由加拿大 "CANDU "裂变反应堆供应。因此，目前英国主要依据 其与加拿大签署的《和平利用核能合作协议》（NCA）开展氚的衡算。虽然氚不受《核安保条例》（2019）约束，但与聚变能电厂有关的其他放射性材料可能会受到约束。如在储存氚时可能需要贫化铀容器，根据《核安保条例》（2019）持有贫化铀需要向ONR报告。

综上，鉴于聚变能电厂技术发展仍存在不确定性，如未来其辐射危害远高于目前预期的危害，则由ONR和EA按照核设施监管框架对其进行监管更为合适，英国政府将在对聚变能监管框架的定期审查中考虑这一情况。

（2）监管依据的法规

EA和HSE对聚变能研发设施和聚变能电厂进行监管时主要依据的法规如表1所示。

表1 英国聚变能监管法规

（3）监管方法

英国《核设施（专用厂址和运输）条例 》（NIR 2018）按照核设施拥有的放射性物质盘存量大小，对核设施厂址进行了分级，分为核电厂厂址、中等风险厂址和低风险厂址等。参考NIR规定的低风险核设施厂址放射性物质盘存量上限值，如表2所示，聚变能电厂的设计氚盘存量（4 x 10¹⁸Bq）较低，被归入低风险厂址类。且根据英国《核设施法案》（NIA 1965）及《核设施（损害赔偿责任）法令》（2016）, 核损害赔偿责任金的确定也主要基于核设施厂址分级，目前聚变能电厂的核损害赔偿责任金由英国政府进行担保。

综上，EA和HSE按照"涉放射性物质活动 "对聚变能研发设施和聚变能电厂进行监管。所采用的监管方法不同于核设施监管常用的“法规导向监管方法”，而是"目标导向监管方法 "。“法规导向监管方法”是应用极为具体且详细的法规规则对核设施或活动进行监管，其中详细规定了哪些活动是允许的，哪些是不允许的。"目标导向监管方法“则需要由监管机构制定或确定营运单位开展相关活动必须要满足的原则、结果或标准。但无论“法规导向监管方法”还是"目标导向监管方法“，其确保安全与健康的原则是一致的。

表2 低风险核设施厂址放射性物质盘存量上限值

EA和HSE对聚变能研发设施和聚变能电厂的许可监管框架分别如图1和图2所示。

需要说明的是，如图2所示，在聚变能电厂建造阶段，相关法律并不要求由EA颁发环境许可证。然而根据实践，监管机构的早期参与有助于降低后期营运单位违法监管要求的风险。

图1 聚变能研发设施许可监管框架

 

图2 聚变能电厂许可监管框架

EA和HSE在监管危险和有害物质方面积累了较为丰富的经验，其监管的设施包括了无机化工厂、炼油厂等，涉及的危险有害物质包括烧碱、次氯酸钠、氯气、氢气、汞、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物等。

针对聚变能研发设施和聚变能电厂监管，上述机构的监管能力建设将主要集中在对聚变能知识的掌握、监管流程以及监管资源完善等方面。其中国际合作是监管能力建设的重要途经之一，英国正积极与伙伴国家和IAEA等国际组织合作，共同探索聚变能风险与危害相关知识，制定聚变能共同准则和标准，并协调监管方法等。

英国政府与英国原子能管理局（UKAEA）开展的联合研究表明氚和活化材料产生的电离辐射（如果发生场外释放）是聚变能电厂对公众的主要危害。聚变能电厂生命周期各阶段的主要危害如表3所示。

表3 聚变能电厂各阶段可能产生的危害

（1） 氚

氚是氢的放射性同位素，半衰期为 12.3 年，衰变为无害的氦同位素。它释放出β粒子，如果被人体吸入或摄入，会对皮肤或内脏和细胞造成损害。如氚以氚水的形式大量释放到环境中，易进入生物系统，造成危害。而纯氚气较容易随风扩散，辐射危害相对较小。因此英国监管机构要求氚的使用者确保安全操作和贮存氚。

在以托卡马克为基础的聚变能电厂中，氚作为燃料之一，将在环绕等离子体的 "增殖包层 "中产生，并通过 "闭环"进入真空室作为燃料。氚会渗透到材料中，因此聚变堆的结构部件会含有一定量的氚。据估算，英国聚变能电厂运行所需的氚量约为几公斤，相当于约 4 x 10¹⁸Bq。

（2） 活化材料

聚变反应中产生的中子将活化等离子体周围的一些材料，如真空室中的部件、冷却剂或气体。真空室中结构部件被侵蚀而产生的粉尘也会被活化。 

除材料活化外，中子还可能造成结构材料损伤，如长时间中子辐照导致的材料脆化。因此，材料选择是设计的关键部分，应尽量减少不利影响，如选择不易被活化和/或损伤的材料，并采取屏蔽措施。

（3） 放射性废物

聚变能电厂正常运行期间不会产生高放废物。大部分活化废物经暂存衰变后可归为低放废物。材料选择中应控制杂质含量，避免或减少活化产生长寿命放射性同位素。聚变能电厂产生的放射性废物可纳入英国现有放射性废物监管框架。

（4） 非放射性危害

非放射性危害来源包括高磁场、微波、激光、高电压以及铍和锂等危险材料。非放射性危害管理应遵守HSE工作安全相关条例和EA相关条例。

聚变能电厂的事故情景主要是通过假设包容层被破坏，部分或全部放射性物质盘存量释放来确定的，而释放量取决于不同情景下哪一个包容层被破坏。对包容层的破坏可能由多种始发事件造成，如设备故障、运行中不同形式能量造成破坏或外部事件。

（1） 聚变能电厂的重要包容层

聚变能电厂的关键安全特征是通过设置多道包容层，防止和缓解聚变堆内氚和活化物质不受控释放，保护工作人员、公众和环境安全。托卡马克聚变能电厂的重要包容层如图3所示，包括真空室（数厘米厚的不锈钢等材料）、杜瓦冷屏（钢混结构）以及聚变堆厂房（2-3米厚的钢混结构，包括通风过滤和除氚系统）。

图3 聚变堆电厂重要包容层

（2） 可能造成包容层破坏的能量形式

聚变堆启堆能量。聚变堆启堆涉及的能量形式包括等离子体、高能激光、压缩系统、离子束、高速飞射物等。若等离子体破裂，会导致等离子体对所接触材料产生热冲击，从而产生放射性粉尘，并在特定情况下可能通过电磁力增加真空室中部件的负荷，或导致电子束对结构材料局部的破坏，引发事故。

磁场能量。在磁约束系统中，超导能力的丧失（磁体失超）会导致磁体的温度、电压和机械应力上升，从而可能导致结构受损。在磁体故障导致电弧的情况下，熔融材料有可能接触到包容层。

热量。真空室内部件温度较高，如发生主冷却系统向真空室的泄漏，将导致真空室内发生汽化及压力升高，引发事故。

衰变热。在考虑聚变堆事故情景下的温度瞬变时，必须考虑聚变堆堆内材料产生的放射性衰变热，特别是包容等离子体的部件材料（如第一壁和增殖毯材料）。高温可能会直接导致部件损坏和/或影响氚及活化产物（粉尘、气溶胶、挥发性产物）的迁移。部件材料的衰变热取决于部件在堆内照射时间的长短，刚安装的部件，产生的衰变热非常少。

爆炸/火灾。当空气进入真空室或发生冷却剂丧失事故时，粉尘、等离子体包容材料、液态金属等与水或蒸汽发生化学反应都可能引发氢气或粉尘爆炸，破坏包容层，并释放放射性物质。此外，如果燃料循环系统中的氢、氘或氚意外泄漏，也可能会产生易燃易爆的氢气/空气混合物。

低温物质。液氦或液氮泄漏会导致低温物质突然汽化，在区域内产生巨大的体积膨胀和压力上升，包容层的完整性可能会被破坏。

化学能。某些材料（如铍、钨和含锂材料）与真空室中的空气或蒸汽在高温下发生化学反应释放能量和/或氢气。

（3） 聚变堆考虑的事故情景

冷却剂丧失事故（LOCA）。冷却剂可能为水、气体（如氦气）或液态金属（取决于聚变堆设计），并可能引发不同的事故序列。冷却剂泄漏到真空室会导致等离子体熄灭，进而导致热能释放和真空室的电磁负荷。冷却剂泄漏可能引起化学反应，例如水与铍或锂铅共晶体发生反应产生氢气。漏入真空室的任何水或低温物质都会迅速蒸发并使容器增压。该事故下有可能发生放射性物质（氚、粉尘和活化腐蚀产物）大量释放。

真空丧失事故（LOVA）。当气体或液体进入真空室，就会发生真空丧失事故。引起真空丧失事故的原因包括真空室贯穿件故障或冷却剂丧失事故等。真空丧失事故可能导致等离子体熄灭及聚变反应迅速终止。与冷却剂丧失事故类似，真空丧失事故下真空室压力不断升高，可能导致放射性物质从真空室释放，最终释放到环境中。

爆炸。氘和氚是氢的同位素，可与空气形成爆炸混合物。蒸汽与真空室中的热金属（如铍或钨）发生反应可能产生氢气。聚变堆的燃料循环系统中由于存有氢同位素，也有可能发生氢气爆炸。

等离子体失控。发生等离子体破裂时，如果控制和缓解措施失效，就有可能影响真空室的完整性（如对真空室部件的电磁负荷），最严重的情况可能会导致真空室破穿。等离子体破裂及其不稳定性也有可能加速第一壁侵蚀而产生放射性粉尘，并损坏真空室冷却系统，导致冷却剂渗入。

火灾。由于火灾可能导致安全相关系统受损和放射性物质释放，因此必须考虑火灾风险，并设置系统限制火灾在设施内的发生和蔓延。聚变能电厂内，需特别考虑氚燃料循环系统的火灾风险。

外部事件引发的事故。必须考虑的外部事件分为两类：人为事件和自然事件。人为事件包括飞机坠毁、附近工厂爆炸和丧失厂外电等。自然事件包括极端天气（风、降水、洪水和极端温度）和地震等现象。对于可能重叠发生的事件/事故，其事故后果必须仔细评估，如包容层和场外电都可能因地震而丧失。

（4） 事故后果评估

英国政府按照保守假设开展了聚变能电厂事故后果评估，并按照《辐射（应急准备和公共信息）条例》（REPPIR-2019）对事故的发生概率及后果进行了分级，详见表4。

事故后果评估选取了两类参考事故和一类假想最严重事故，参考事故包括主要包容层破口事故（Acc1）和最终包容层故障（Acc2），假想最严重事故为完全丧失所有包容层（Hypo）事故。估算事故下公众剂量时，也考虑了不利情况，如假定公众在室外、离辐射源最近的地方（距离辐射源 1 公里）所受的剂量，并在事故发生后 7 天内保持在该处，但事故释放时间假定为 1 小时。如果距离超过 1 公里，则剂量会降低，在距离辐射源 10 公里处，剂量会降低约 10-100 倍。

综上，开展事故后果评估及选取的事故类型和事故情景并非用来反映实际事故的情况，而是用来说明最坏情况下的后果，以确定聚变能电厂的最大潜在危害。相比之下，航空、石油和天然气工业中假想事故情景下可能会造成类似或更严重的后果，导致多人死亡和/或严重的环境破坏。聚变能电厂也将与其他工业企业一样，采取必要的事故预防和缓解措施，大大降低事故风险。

表4 聚变能电厂事故后果评估

英国《辐射（应急准备和公共信息）条例》（REPPIR 2019）对核与辐射设施事故发生概率及事故后果进行了分级，要求操作特定种类和特定量放射性物质的设施根据所涉及的风险进行应急规划。聚变能电厂的应急规划应满足上述要求。

图4标出了聚变能电厂两类参考事故（Acc1 和 Acc2）在REPPIR风险框架中所处的区域。确定所处区域时已考虑了聚变能技术仍存在的不确定性以及参考事故情景是基于概念设计而非详细设计的情况。虽然图中也标出了假想最严重事故（Hypo）的位置，但对聚变能电厂的应急规划要求却是以多种事故情景评估结果为基础综合考虑确定的。

图4 REPPIR风险框架

聚变能电厂两类参考事故（Acc1 和 Acc2）的发生概率不同、事故后果不同，在应急规划方面的要求也就不同。对于 Acc1 这样的事故，鉴于不会对公众造成更广泛的影响（不需要避险或撤离），不进行应急规划是可以的。然而，对于Acc2 这样的事故，则需要根据《辐射（应急准备和公共信息）条例》（REPPIR 2019）进行应急规划。

对于假想最严重事故（Hypo），其产生的辐射影响很可能会被初始事件本身的影响（如特大地震）所掩盖，但如Acc2事故一样，也应考虑必要的应急规划。

综上，对于聚变能电厂开展设计安全分析和保护系统设计的基础将是降低"可能性极低，但可能产生中度到重大辐射影响 "的事故风险。将风险降至合理可行的最低水平也适用于所有其他非辐射危害。

1. Towards Fusion Energy 2023，The next stage of the U K's fusion energy strategy，UK Department for Energy Security &Net Zero,2023

2. Towards Fusion Energy, The UK Government's proposals for a regulatory framework for fusion energy, UK Department for Business, Energy &Industrial Strategy,2021

3. Towards Fusion Energy, The UK Government's response to the consultation on its proposals for a regulatory framework for fusion energy, Department for Business, Energy &Industrial Strategy,2022

4. Nuclear Installations Act 1965.

5. The Nuclear Installations Regulations 1971.

6. The Radiation (Emergency Preparedness and Public Information) Regulations 2019.

7. The Nuclear Installations (Liability for Damage) Order 2016.

8. The Nuclear Installations (Prescribed Sites and Transport) Regulations 2018.

9. Technology Report Safety and Waste Aspects for Fusion Power Plants, UK Atomic Energy Authority,2021.