又一項大科學工程要在廣東開建了。

3月24日，“十二五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“加速器驅(qū)動嬗變研究裝置(CIADS)”項目的初步設(shè)計方案通過評審。“如果進展順利，今年年中將在廣東惠州動工。”中科院院士、中科院原副院長詹文龍告訴記者，建成后它將成為國際首臺加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)嬗變研究裝置。

從原理到工業(yè)化的“三步走”路線圖

我國的ADS研究可以追溯到上世紀90年代。1999年，“973”項目“加速器驅(qū)動的潔凈核能系統(tǒng)的物理和技術(shù)基礎(chǔ)研究”啟動實施。與此同時，中科院重點支持了超導加速器的技術(shù)和抗輻射材料的研發(fā)，結(jié)合院內(nèi)相關(guān)所的優(yōu)勢部署了重大項目“ADS前期研究”。

“起初許多人并不看好，但隨著研究的推進，大家覺得這個方向還是很有前途的。”較早參與ADS研究的中國原子能科學研究院研究員史永謙說。

ADS實際上是加速器和反應堆的“結(jié)合體”。中科院近代物理研究所研究員楊磊告訴記者，ADS可嬗變危害環(huán)境的長壽命核廢物為短壽命的核廢物，以降低放射性廢物的儲量及其毒性;ADS具有潛力，在產(chǎn)能過程中產(chǎn)生很少量的核廢物。

隨著乏燃料的安全處理處置問題日漸凸顯，ADS作為最具潛力的核廢料嬗變方案，正越來越受到國際核能界的重視。

不過，目前世界上還沒有建成的ADS裝置。

2011年，中科院提出了我國ADS發(fā)展路線圖：第一階段為原理驗證階段，即建立加速器驅(qū)動嬗變研究裝置;第二階段為技術(shù)驗證階段，即要建立加速器驅(qū)動嬗變示范裝置;第三階段為工業(yè)推廣階段。

同年，中科院啟動戰(zhàn)略性先導專項“未來先進核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”，旨在通過3個階段的研發(fā)，自主發(fā)展ADS從試驗裝置到示范裝置的全部核心技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)。

核燃料利用率從1%提高到95%

6年多來，ADS專項高質(zhì)量地完成了各項研究任務，取得了一批階段性重大進展。

“其中有兩項工作做得很出彩。”詹文龍介紹說，“一是突破強流超導質(zhì)子直線加速器關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了國際上第一臺ADS超導質(zhì)子直線加速器前端示范樣機;二是在國際上首次提出了顆粒流中子靶的概念，建成國際首臺顆粒流散裂靶冷態(tài)原理樣機。”

盡管項目剛起步那會兒，中國還只是跟在幾個發(fā)達國家的后面，但到2017年底項目結(jié)題的時候，我們的關(guān)鍵技術(shù)一下子走到了國際前沿。不光國際同行覺得不可思議，連ADS專項首席科學家詹文龍都沒想到會做得這么快、這么好。

他認為，中科院建制化的研究所體系結(jié)構(gòu)和齊全的學科研究布局，使其在組織協(xié)調(diào)和綜合創(chuàng)新方面具有極強的能力。

更有意義的是，隨著研究不斷深入，詹文龍帶領(lǐng)團隊對核裂變能的可持續(xù)發(fā)展進行了再思考。

他們認識到，傳統(tǒng)ADS方案在經(jīng)濟性上缺乏競爭力且技術(shù)挑戰(zhàn)巨大，因此原創(chuàng)性地提出了“加速器驅(qū)動先進核能系統(tǒng)(ADANES)”這一全新概念。

ADANES是集核廢料的嬗變、核燃料的增殖以及核能發(fā)電于一體、具有固有防核擴散特性的先進核燃料閉式循環(huán)技術(shù)，可將鈾資源利用率由目前的不到1%提高到超過95%，處理后核廢料量不到乏燃料的4%，放射壽命由數(shù)十萬年縮短到約500年，這將是一種清潔的核能。

“不光做嬗變，把毒物減少，同時提高核資源的利用率，使燃料增殖，過程中還能正常發(fā)電。”詹文龍表示，目前已完成了一系列實驗室模擬原理驗證實驗并取得了突破性進展，今年還要把整個概念設(shè)計做得更實。