ADS加速器驱动次临界洁净核能系统

ADS概念是上个世纪90年代提出的，它的出现使多年的努力可变为现实。它主要致力于:

(1)充分利用可裂变的核资源，使铀-238高效转化为易裂变钚-239核，或开发利用钍资源。

(2)在ADS的不同中子能量场中，可嬗变危害环境的长寿命核废物(次量锕系核素及某些裂变产物)为短寿命的核废物，以降低放射性废物的储量及其毒性;而ADS本身在产能过程中，产生的核废物却很少，基本上是一种清洁的核能。

(3)提高公众对核能的接受程度，因为ADS是一个次临界系统,可得到根本上杜绝核临界事故的可能性。因此，该思想在二十世纪九十年代一经提出就受到核能界的极大兴趣，因为ADS所用的加速器不需要太高的能量和太强的离子流，而所用的反应堆又是次临界，因此,ADS已经被世界科学界公认为它是解决大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力的工具，而在技术上，也是没有不可克服的困难。

我国1995年在中国核工业总公司科技局的支持下，成立了ADS概念研究组，开展以ADS系统物理可行性和次临界堆芯物理特性为重点的研究工作。这项工作后来得到国家自然科学基金委员会和中国科学院基础局的支持，取得了许多方面的研究成果，研究人员由原来的中国原子能科学研究院扩大到高能物理研究所、北京大学。1999年ADS项目在国家自然科学基金委员会的支持下成为国家重大基础研究项目973项目之一，项目名称为"加速器驱动洁净核能系统的物理技术基础研究"，项目编号为G1999022600，首席科学家为丁大钊，现任首席科学家为原子能院院长赵志祥研究员，研究人员扩大到清华大学、西南物理研究院、西安交通大学、南华大学等单位。项目下设五个课题，研究工作涉及到强流加速器物理、次临界堆物理、散裂靶物理、核数据、核热工和材料、核化学分离和嬗变等领域。

ADS启明星1#次临界实验平台就是在外源驱动下，开展研究次临界反应堆物理特性，由中国原子能科学研究院自行设计、加工、安装的国内外第一个ADS次临界反应堆实验平台。

ADS启明星1#次临界实验平台的主要任务是:外推实验，确定次临界度;研究ADS次临界系统有效增殖因子Keff实时测量和监督的方法;宏观检验相关核数据和校核中子学计算程序;开展ADS次临界系统中子学研究(外中子源对次临界反应堆的影响);开展长寿命核素嬗变实验和研究等。为此，要求其结构尺寸准确，材料参数可靠;结构合理，操作方便，安全可靠;次临界装置边界清楚，除束中子源外杜绝散射中子进入;装置水平高度可调;次临界反应堆有效增殖系数在 0.95-0.98之间可调。

因此，该实验平台不需要控制棒，且在外源强度为109n/s作用下，功率只有1瓦以下，也不需要功率保护、周期测量和保护等装置(将来的加速器加速的质子所产生的散裂中子源强可达到~1018n/s，因此工程性的ADS功率可达到几十万千瓦量级)。

ADS启明星1#次临界实验平台的活性区由快区和热区组成，快区采用天然金属铀元件，共264根元件插在铝格架内，热区采用UO2低浓铀元件，元件数根据实验确定为2046根，插在聚乙烯内组成，此时的keff为0.97-0.98(待验证)。其反射层为聚乙烯，在活性区外面，厚度大于150 mm，在反射层的侧面装有中子探测器导管，用于放置中子探测器。屏蔽层区材料为含硼聚乙烯，在反射层外面，厚180mm，外型为圆形。它的外面用4mm的不锈钢作外壳。 靶区在活性区的中心，放置中子源。

ADS启明星1#次临界实验平台现已经开展的研究有:实验外推临界值;快区热中子通量的径向和轴向分布测量;快区燃料元件与热区边沿燃料元件的关系测量;"在线"测量次临界系统对外中子源的"瞬时响应"等。

ADS启明星1#次临界实验平台的建立，已经在国际上受到了较大的关注，几个国家都表示要进行研究合作，它必将对国内外的ADS研究做出贡献。

在1975年之前，全球已制定了核燃料循环连贯性的计划。首先是通过化学处理过程将铀矿中的铀提取出来，再将天然铀中的可裂变同位素235U富集，然后在发电的反应堆中燃烧235U，最后后处理乏燃料，回收残留的235U和239Pu以重新利用。1座快中子反应堆产生的钚燃料的数量比其燃烧的铀燃料的数量多，这样就成为1座增殖堆。而且快中子反应堆中其它的超铀元素也可用于燃烧，发生裂变反应。裂变产物堆积下来作为废物进行处置，所有这些裂变产物的半衰期都不超过30年。快中子反应堆最好用液体钠冷却。有了这一连续性的计划，可以预见，所有铀中的能量都可以释放出来，而不仅仅是235U。在美国1979年预算中，美国能源和开发行政部门拨款4.74亿美元用于发展增殖堆，其中三分之一用于研究和开发，绝大部分用于民用R&D项目。

在 20世纪70年代初期，费米的梦想呈现波折。当时已意识到数量达吨级的经化学分离的钚可能被盗用，或者转为他用，也可能将相当数量的可裂变材料用来制造原子弹。已有一些武器级的可裂变材料掌握在一个小的流氓国家手中，或者被恐怖组织所控制，这是不能接受的，而且将成为一个恶梦。因此由福特基金会赞助了一笔资金开展了一项研究，随后于1979年4月7日这天美国卡特总统决定将美国后处理乏燃料的计划作废，放慢了开发增殖堆的步伐。其它的国家并不步美国之后尘，依然继续后处理乏燃料，并在关于后处理的危险性的问题上意见相左。这里我认为在下半个世纪未来核电产生的乏燃料没有必要后处理。化石燃料的供应更为丰富，价格比预计的要便宜，铀矿的供应也较充足，实验增殖堆的成本比预期的要高得多。我的这种观点可能与其他人的看法大相径庭。后处理可能是一件值得去做的事情，但可能是因为燃料资源以外的其它原因。

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