C hina iv合作期刊 中科院战略性先导科技专项(A类 Strategic Priority Research Programs( Category A)of the Chinese Academy of Sciences 未来先进核裂变能——ADS嬗变系统 1立项背景和意义 ADS系统由加速器、散裂靶和反应堆三大分系统组 核裂变能是一种安全、低温室气体排放且经济性成。其工作原理是,利用加速器产生的高能强流质子束 好的能源。然面,核裂变能的可持续发展面临着诸多挑轰击重核产生宽能谱、高通量中子作为外源来驱动次临 战,尤其是在日本福岛事故之后,公众对发展核能存有界堆芯中裂变材料发生持续的链式反应,使得长寿命放 恐惧心理,这就对未来先进核能系统的安全性提出了更射性核素最终变为非放射性的或短寿命的核素,并维持 为严苛的要求。在确保安全( safety and security)的前提反应堆运行(图2)。 下,核裂变能的长期可持续发展必须经济可行地解决核 燃料的稳定供应和核废料的安全处理两大问题。后一个 加速器 重金属散裂靶 问题是我国乃至国际核能界无法回避的重大问题,也是 尚未解决的世界性难题。 加速器驱动次临界系统( Accelerator Driven Sub-crit- ical System,ADs)具有强大的嬗变能力、良好的中子经 ( 济性、优良的系统安全性,不仅在嬗变核废料方面有难 嬗变 次临界装置 以替代的优势,还具备增殖核燃料和利用钍作为燃料发 图2ADS原理示意图 电的潜力,被国际公认为最有前景的利用嬗变安全处置 长寿命核废料的技术途径(图1)。 目前,国际上尚未建成ADS装置。欧盟各国、美 分离一变 闭式循环 一次通过 日、俄等核能科技发达国家均制定了ADS中长期发展 10000 路线图,正处在从关键技术攻关逐步转入建设集成系统 1000 的ADS原理研究装置阶段(表1)。我国从20世纪90年 代起开展ADS概念研究,在科技部、基金委及中科院等 项目支持下开展了前期研究工作。 天然钠 2011年1月,中科院适时启动战略性先导科技专项 时间(年 未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”(以下简称 需地质深埋核废料体积(玻璃固化)减小为1/50 ADS专项”),并在专项实施过程中逐步形成了我国 图1核燃科循环模式过程效果图 加速器驱动先进核能系统( Accelerator Driven Advanced 32|2016年·第31卷·增刊32 2016年 . 第31卷 . 增刊 1 立项背景和意义 核裂变能是一种安全、低温室气体排放且经济性 好的能源。然而，核裂变能的可持续发展面临着诸多挑 战，尤其是在日本福岛事故之后，公众对发展核能存有 恐惧心理，这就对未来先进核能系统的安全性提出了更 为严苛的要求。在确保安全（safety and security）的前提 下，核裂变能的长期可持续发展必须经济可行地解决核 燃料的稳定供应和核废料的安全处理两大问题。后一个 问题是我国乃至国际核能界无法回避的重大问题，也是 尚未解决的世界性难题。 加速器驱动次临界系统（Accelerator Driven Sub-crit￾ical System，ADS）具有强大的嬗变能力、良好的中子经 济性、优良的系统安全性，不仅在嬗变核废料方面有难 以替代的优势，还具备增殖核燃料和利用钍作为燃料发 电的潜力，被国际公认为最有前景的利用嬗变安全处置 长寿命核废料的技术途径（图 1）。 图 1 核燃料循环模式过程效果图 ADS 系统由加速器、散裂靶和反应堆三大分系统组 成。其工作原理是，利用加速器产生的高能强流质子束 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的或短寿命的核素，并维持 反应堆运行（图 2）。 图2 ADS 原理示意图 目前，国际上尚未建成ADS 装置。欧盟各国、美、 日、俄等核能科技发达国家均制定了ADS 中长期发展 路线图，正处在从关键技术攻关逐步转入建设集成系统 的ADS 原理研究装置阶段（表 1）。我国从 20 世纪 90 年 代起开展ADS 概念研究，在科技部、基金委及中科院等 项目支持下开展了前期研究工作。 2011 年 1 月，中科院适时启动战略性先导科技专项 “未来先进核裂变能——ADS 嬗变系统”（以下简称 “ADS专项”），并在专项实施过程中逐步形成了我国 加速器驱动先进核能系统（Accelerator Driven Advanced 未来先进核裂变能——ADS嬗变系统 中科院战略性先导科技专项（A类） Strategic Priority Research Programs (Category A) of the Chinese Academy of Sciences 10 000 1 000 100 10 1 0.1 相对放射毒性 天然铀 时间（年） 分离-嬗变 闭式循环 一次通过 燃料组件 核电站 乏料暂存 乏料后处理 --乏燃料 --乏燃料 铀矿采选 地质永久处理 Uf. 转换 钚 浓缩 铀 嬗变 燃料组件 核电站 乏料暂存 乏料后处理 铀矿采选 地质永久处理 Uf. 转换 钚 浓缩 铀 燃料组件 核电站 乏料暂存 铀矿采选 地质永久处理 Uf. 转换 浓缩 10 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 需地质深埋核废料体积（玻璃固化）减小为1/50 需地质深埋核废料体积（玻璃固化）减小为1/4 加速器 自 用 外输出 电 中子 裂变子核 次临界装置 嬗变 散裂中子 重金属散裂靶 束流功率 ≥ 10 MW chinaXiv:201702.00016v1 ChinaXiv合作期刊