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核裂变的乏燃料可望完成嬗变了
时间:2017-6-29 　　　　点击率:59

核裂变的乏燃料可望完成嬗变了！

2017年6月5日至7日，全球第一台25MeV质子直线加速器通过测试，标志着我国先进核裂变技术获得突破，有望使核裂变从目前的百年变为近万年可持续、安全、清洁的战略能源。

中国科学院在2011年启动了战略性先导科技专项（A类）――“未来先进核裂变能-ADS（加速器驱动次临界系统）嬗变系统”。所谓的“加速器驱动次临界系统” （ADS，Accelerator Driven Sub-critical System）是利用加速器产生的高能离子轰击散裂靶，再产生高通量、硬能谱的中子，驱动次临界堆芯运行，达到乏燃料（即反应堆使用过的核废料）嬗变的目的。研究团队由中国科学院的近代物理研究所（兰州）、高能物理研究所（北京）和合肥物质科学研究院（合肥）三个单位的有关研究人员联合组成。

图1 中科院近代物理研究所ADS团队

大家知道，核裂变是由重的原子核（如铀核），分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式，核裂变能是技术成熟的清洁能源，具有高效、低碳排放、安全可靠和可以规模化生产的突出优势。安全、高效、清洁、可持续地发展核电，是解决未来能源供应、保障经济社会可持续发展的战略选择，是我国近半世纪以来的梦想，也是全人类共同的梦想。不言而喻，核裂变能的可持续发展必须在确保安全的前提下解决两个重大问题：核燃料的稳定可靠供应和乏燃料（尤其是其中的长寿命高放废物）的安全处理处置。后一个问题是一个尚未解决的世界性难题。

ADS系统由加速器、散裂靶和反应堆三大分系统组成，它集成了20 世纪核科学技术发展的两大工程技术――加速器和反应堆。其工作原理是，利用加速器产生的高能强的质子束轰击重核产生宽能谱、高通量中子作为外源来驱动次临界堆芯中的裂变材料发生持续的链式反应，使得长寿命放射性核素最终变为非放射性或短寿命放射性的核素，并维持反应堆运行。由于它可以提供高通量的硬中子，嬗变长寿命核素能力强，可大幅降低核废料的放射性危害，实现核废料的最少化，被国际公认为是核废料处理最有前景的技术途径。

图2  ADS原理示意图

尽管ADS概念从上世纪90年代初就提出了，但到目前为止还没有建成的装置。欧、美、日等国的ADS系统研发正在从关键技术攻关转入系统集成建设，现在中国科学家在这场“竞争”中已有了独创的成果。6月初，ADS研究团队建成国际上第一台ADS超导质子直线加速器前端示范样机，并通过了达标测试。他们还原创性提出了颗粒流散裂靶的概念并建成原理样机，还研制了专用铅基临界/次临界双模式运行零功率装置并进入实验运行。特别是，他们在认识到传统的ADS方案在经济性上缺乏竞争力且技术挑战巨大之后，原创性地提出全新的核能系统概念ADANES，除了拥有比ADS更先进的燃烧系统，还新增了“加速器驱动乏燃料再生循环系统”。ADANES一旦实现，有可能将把铀资源利用率由当前的不到1%提高到超过95%，处理后核废料量不到乏燃料的4%，放射寿命由数十万年缩短到约500年。对于这只以年轻科学家为主的研究团队，他们将在2016―2023年间，完成ADANES概念的原理验证、系统集成及规模验证，力争到2030年建成百兆瓦级的工程示范项目。

我们相信他们会在技术攻关中不断取得新的进展！

（何郁依据网络资料编撰）