反應堆用過的核燃料如何處理？ADS系統將大有用武之地

乏燃料（反應堆用過的核燃料）的安全處置問題，是國際核能界面臨的共同挑戰，也是尚未解決的世界性難題。

這兩天，由中科院高能物理研究所和近代物理研究所聯合研製的國際上第一台ADS超導質子直線加速器，接受了一場嚴格的現場測試。結果顯示，其在國際上第一次實現了超導直線加速器能量大於25MeV(兆電子伏)的連續波高功率質子束流。

這一里程碑事件意味著，這台超導質子直線加速器將作為樣機，成為開展強流、高功率超導直線加速器合作研究的國際平台，在繼續保持這一領域國際領先地位的同時，為國家重大科學基礎設施——加速器驅動嬗變研究裝置（CIADS）建設打下堅實的技術和人才基礎。

什麼是ADS系統？這得先從核裂變能說起。

核裂變能是一種安全、清潔、低溫室氣體排放且經濟性好的能源，也是解決未來能源供應、保障經濟社會可持續發展的一種戰略選擇。2016年核電約佔世界總發電量的11.5%，在法國和瑞士甚至超過本國供電總量20%。

全球目前在運行的反應堆有449座，到2030年乏燃料（反應堆用過的核燃料）累積存量估計將達到4萬噸。乏燃料的安全處置問題，是國際核能界面臨的共同挑戰，也是尚未解決的世界性難題。加速器驅動次臨界系統（ADS）是國際公認最有前景的乏燃料安全處理方案。這一概念從上世紀90年代初提出，是「分離-嬗變」燃料循環策略中的一個環節，即利用加速器產生的高能離子轟擊散裂靶，再產生高通量、硬能譜的中子，驅動次臨界堆芯運行，達到乏燃料嬗變的目的。歐美、日、韓等國均制定了ADS中長期發展計劃，尚處於關鍵技術突破到集成研究裝置過渡階段，但尚未有建成的ADS裝置。

作為中國科學院戰略性先導科技專項（A類），ADS系統於 2011年開始研製。一切從零開始，科研人員經過6年多的不懈努力和奮力攻關，突破了ADS強流超導質子直線加速器、高功率散裂靶、次臨界反應堆等關鍵核心技術並部分引領國際發展。在認識到傳統的ADS方案在經濟上缺乏競爭力之後原創地提出了「加速器驅動先進核能系統（ADANES）」全新概念，並已通過大規模並行計算模擬研究證明了其原理上的可行性，完成了一系列模擬原理驗證實驗並取得了突破性進展。

ADANES是集核廢料的嬗變、核燃料的增殖以及核能發電於一體的先進核燃料閉式循環技術，可將鈾資源利用率由目前技術的不到1%提高到超過95%，處理後核廢料量不到乏燃料的4%，放射壽命由數十萬年縮短到約500年，使核裂變能成為近萬年可持續、安全、清潔的戰略能源，將為全人類和平利用核能貢獻源自中國的原始創新。

作為ADANES燃燒器研究裝置的CiADS被列入國家「十二五」重大科技基礎設施項目，已獲國家發改委批覆，項目法人單位為中科院近物所。建成後，CiADS將是國際上首台ADS原理驗證裝置。

題圖來源：中新網 內文圖來源：作者提供 圖片編輯：蘇唯

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