地平线扫描与研究前沿检测的核电技术

《Energies》：Horizon Scanning and Research Frontier Detection of Nuclear Power Technologies

　　

核电技术在全球低碳能源转型中扮演着关键角色。对核电技术进行地平线扫描和研究前沿检测有助于准确把握其发展趋势，从而优化战略布局。然而，过去十年间针对核电技术发展趋势的定量研究较为有限。本研究提出了一种数据驱动的集成定量评估框架，整合了描述性统计、共词分析、网络分析和耦合分析，以揭示核电技术的研究进展、概念结构、国际合作、研究前沿及研究演化。结果表明，核电技术研究呈现缓慢增长趋势。研究的概念结构主要集中在核电事故的放射性方面。德国和美国在国际合作网络中最为重要（度中心性分别为0.675和0.663）。此外，识别出全球核电技术的七个研究前沿，重点关注核电站事故相关的放射性。研究演化发现表明，应加强在放射性核素海洋扩散（ODR）、核污染迁移（MNC）及放射性控制与固化（RCI）等领域的前沿探索。

**核电技术地平线扫描与研究前沿检测的论文解读**

**研究背景与问题**

核电技术作为全球第二大低碳电力来源，在过去50年间减少了约600亿吨与能源燃烧相关的CO₂排放，相当于2022年全球能源燃烧CO₂排放量的1.6倍。截至2021年底，全球共有437座核反应堆在运，总装机容量389.5 GW。然而，核电技术研究的发展趋势尚不明确，尤其缺乏对过去十年（2013–2022年）研究趋势的定量分析。现有研究在能源技术分析中常采用地平线扫描（Horizon Scanning）揭示技术发展总体格局，以及研究前沿检测（Research Frontier Detection）识别最具前沿性的新兴技术，但针对核电技术的集成化方法工具尚待开发。因此，本研究旨在解决两个核心问题：（1）如何构建一个集成化的方法工具，能够同时进行地平线扫描和研究前沿检测；（2）核电技术领域的研究进展、概念结构和国际合作状况如何？研究前沿有哪些，以及这些前沿如何演化？研究论文发表在《Energies》期刊上。

**主要技术方法**

研究人员采用数据驱动的集成框架，整合了描述性统计（Descriptive Statistics）、共词分析（Co-word Analysis）、网络分析（Network Analysis）和耦合分析（Coupling Analysis）。数据来源于Web of Science核心合集SCI-E数据库，检索词为“nuclear power”，限定2013–2022年期间的文章，经筛选后获得4767篇文献。为识别研究前沿及演化路径，构建了六个滑动窗口（2013–2017、2014–2018、2015–2019、2016–2020、2017–2021、2018–2022）。研究步骤包括：利用描述性统计展示研究进展和国际分布特征；通过共词分析构建高频词共现矩阵，并用网络分析可视化概念结构；构建国家/地区共现矩阵以识别国际合作网络；采用耦合分析提取高耦合强度的文献，定义研究前沿为具有高文献耦合强度的研究类别，并通过网络分析可视化；最后基于Upham和Small的研究前沿分类规则，将前沿分为新兴、增长、稳定、收缩和退出五类，揭示演化规律。计算过程使用R软件。

**研究结果**

**3.1 核电技术研究进展**
过去十年间，核电技术研究论文数量从2013年的361篇增长至2022年的606篇，年均增长率在2013–2019年约为4%，2019–2022年约为6%。日本以21.97%的占比位居首位，中国（21.95%）和韩国（11.49%）分列第二、三位，三国合计占全球总量超过55%。核电发电量高的国家倾向于发表更多论文，但西班牙、乌克兰和加拿大等核电发电量前十的国家并未进入论文发表前十；核电供应占比高的国家在研究表现上并不突出，法国尽管核电供应占比近70%，但论文发表仅排第八位。

**3.2 核电技术的概念结构**
通过分析高产出国家的概念结构，发现各国研究重点存在差异：日本聚焦于核事故放射性（nuclear accident radioactivity）、放射性沉积物（radioactive deposits）和放射性海洋扩散模拟（radioactive ocean diffusion simulation）；中国关注放射性海洋污染（radioactive marine pollution）、系统优化管理（system optimization management）及核事故效应的识别与消除（identification and elimination of nuclear accident effects）；韩国侧重系统优化管理、放射性污染修复（radioactive contamination remediation）及风险感知与公众接受度（risk perception and public acceptance）；美国研究核事故放射性、能源系统优化（energy system optimization）及核辐射损伤下的硅酸盐分子动力学（silicate molecular dynamics under nuclear radiation damage）；俄罗斯研究强放射性颗粒的演化行为（evolution behavior of strong radioactive particles）和核辐射污染（nuclear radiation pollution）；英国研究系统性风险与公众接受度、地震辐射行为（seismic radiation behavior）及放射性核素污染（radionuclide contamination）。

**3.3 核电技术国际合作**
国际合作网络分析显示，日本拥有最多的连接数量和广泛的国际合作，度（Degree）为0.542，度中心性（Degree Centrality）为0.542；中国度排名第二（0.926），度中心性为0.614；德国和美国是国际合作网络中最关键的国家，度中心性分别为0.675和0.663。然而，部分国家的论文发表量与网络重要性不一致，例如韩国论文发表量排名第三，但度中心性仅0.337（排名第14）；俄罗斯排名第五，度中心性0.301（排名第20）；奥地利排名第26，但度中心性0.542（排名第6）。中国的主要合作对象为美国、日本、英国、德国和法国，合作强度依次递减，且主要合作伙伴之间缺乏紧密合作关系。

**3.4 核电技术的研究前沿**
基于六个滑动窗口，共识别出七个研究前沿。2013–2017年有两个前沿：放射性核素扩散（Radionuclide Diffusion, RD）占53%，核电站事故放射性效应（Radioactive Effects of Nuclear Power Plant Accidents, RE）占47%。2014–2018年有四个前沿：核污染迁移（Migration of Nuclear Contamination, MNC）占23%，放射性核素海洋扩散（Ocean Diffusion of Radionuclides, ODR）占32%，核电站事故放射性效应（RE）占17%，放射性核素大气扩散（Atmospheric Diffusion of Radionuclides, ADR）占28%。2015–2019年有三个前沿：核污染沉积物（Nuclear Contaminated Sediment, NCS）占31%，ADR占40%，RE占29%。2016–2020年有三个前沿：RE占33%，ADR占37%，NCS占30%。2017–2021年有五个前沿：ODR占20%，NCS占25%，MNC占25%，放射性控制与固化（Radioactivity Control and Immobilization, RCI）占11%，RE占19%。2018–2022年有三个前沿：RE占39%，ODR占24%，MNC占37%。

**3.5 核电技术的研究演化**
根据研究前沿分类，RE属于稳定前沿（stable frontier），在每个窗口持续出现，平均文章数约34篇，表明核电站事故辐射效应是核电技术领域的稳定关注点。RD属于退出前沿（exiting frontier），仅出现在第一个窗口，随后分化为ODR和ADR。ADR属于稳定前沿，出现在第二至第四窗口；ODR属于新兴前沿（emerging frontier），出现在第二、第五和第六窗口，表明近年来研究重点从大气扩散转向海洋扩散。MNC属于新兴前沿，文章数逐渐增加，表明核污染迁移正成为研究热点。NCS属于稳定前沿，出现在第三至第五窗口。RCI属于新兴前沿，仅在第五窗口出现，文章数较少（13篇），表明放射性控制与固化在近年受到关注。

**讨论与结论**

**进一步讨论**
数据驱动的方法可能过度强调与核事故相关的技术，这受过去十年（福岛事故）特定背景影响。尽管需要接受客观的数据驱动结果，但数据之外的实际可能掩盖了其他重要研究领域，如先进反应堆设计（如SMRs）、核-可再生能源混合系统及电网稳定化。此外，还需关注聚变能、数字孪生和人工智能在核能中的应用等创新。基于补充搜索，未来研发中不可忽视的技术领域包括：反应堆设计（Gen III+、SMRs、Gen IV）；燃料循环与废物再处理；安全系统、材料与热工水力；以及核电厂的建造、运行或经济性。

**研究结论**
（1）核电技术研究增长率缓慢，日本、中国和韩国是主要研究国家。2013–2019年年均增长率约4%。日本发表全球约21.97%的核电技术文献，中国占21.95%，韩国占11.49%。
（2）基于数据驱动证据，核电技术研究主要集中在核电事故放射性。各国研究重点各异：日本聚焦核事故放射性、放射性沉积物和放射性海洋扩散模拟；中国关注放射性海洋污染、系统优化管理及核事故效应识别与消除；韩国侧重系统优化管理、放射性污染修复及风险感知与公众接受度；美国研究核事故放射性、能源系统优化及核辐射损伤下的硅酸盐分子动力学；俄罗斯研究强放射性颗粒演化行为和核辐射污染；英国研究系统性风险与公众接受度、地震辐射行为及放射性核素污染。
（3）德国和美国是全球合作网络中的关键节点，度中心性分别为0.675和0.663。日本拥有最高节点度且国际合作最广泛，中国节点度排名第二（0.926），其主要合作伙伴包括美国、日本、英国、德国和法国，但合作强度较低且伙伴间缺乏紧密关系。
（4）全球核电技术存在七个研究前沿，主要集中在核电站事故放射性相关领域。新兴前沿包括放射性核素海洋扩散（ODR）、核污染迁移（MNC）和放射性控制与固化（RCI）；稳定前沿包括核电站事故放射性效应（RE）、放射性核素大气扩散（ADR）和核污染沉积物（NCS）；退出前沿为放射性核素扩散（RD）。