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摘要：让核裂变能发电更安全、更高效

今天举行的2023中关村论坛·碳达峰碳中和科技论坛上，中国科学院院士、核物理学家詹文龙介绍了国家重大科技基础设施——加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）的研发和建设进展。这个大科学装置将使核电站的铀资源利用率提高到95%以上，核废料量减少到4%以下，放射寿命减少到500年以内，让核裂变能发电更安全更高效，成为可持续成千上万年的安全、清洁、低碳战略能源。

根据《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降65%以上，非化石能源消费比重将达到25%左右；到2060年，非化石能源消费比重要达到80%以上，实现碳中和目标。

詹文龙院士在论坛上演讲。

非化石能源主要包括水电、太阳能、风能和核能。太阳能和风能具有间歇性特性，在作为基础负载能源方面受到限制，而且长时间的电能存储仍有很大困难。因此，核能作为骨干电网的不间断电源，是不可替代的。核裂变能发电在技术上已比较成熟，具有规模经济竞争力；核聚变能发电是理想能源，还处于研发阶段。

虽然是比较成熟的技术，但核裂变能发电的燃料利用率、固有安全性仍有待提高。“就像烧煤球，有些外面烧透了，里面却没有烧掉。”詹文龙说，实际上核反应堆真正燃烧的东西很少，现有核燃料能够完全燃烧的不到1%，其余99%多为乏燃料，它们有很大的放射毒性，危害时间长达10万年左右。

随着核电规模的增长，乏燃料处理问题日益突出。为了提高燃料利用率、减少乏燃料，我国科学家提出了核能系统新思路——加速器驱动先进核能系统。这种系统主要由加速器驱动的燃烧器、加速器驱动乏燃料再生组成。其设计思想是利用可控高反应性快中子燃烧器实现集嬗变、增殖及产能的核燃料燃烧，然后利用低次级沾污的干式处理实现乏燃料再生，形成完全燃料循环的新型核能系统。它能使核燃料的燃料效率由目前的1%提高到95%，核废料减少到原来的4%，且放射寿命小于500年。

CiADS项目示意图（来源：东江实验室官网）

如果这一新思路变成现实，堪称“核电革命”，将大幅降低核废料存储压力，并延长核裂变能的供给持续时间。在中国科学院、国家自然科学基金委的支持下，我国科研团队完成了加速器驱动先进核能系统I期装置的建设调试，研制出强流超导直线加速器样机等核心部件，验证了技术路线的可行性。

经国家发改委批准，投资数十亿元的加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）已在广东惠州启动建设。作为国家重大科技基础设施，CiADS是世界上首个兆瓦级加速器驱动次临界系统原理验证装置，将使我国率先全面掌握加速器驱动次临界系统的关键技术、系统集成和运行经验，探索安全妥善处置核废料的技术路线和工艺，提升我国在先进核能技术领域的自主创新能力。

超导直线加速器常温前端安装现场（来源：CiADS官网）

去年12月，CiADS项目建设取得重要进展——超导直线加速器常温前端成功调试出束，能量和流强达到设计指标。这个项目竣工后，将为我国设计、建设加速器驱动嬗变工业示范装置奠定基础。

“这种核燃料全闭式循环装置可以模块化建造，而且无需水冷却，适合在戈壁、沙漠中运行，极具经济竞争力。”詹文龙在演讲中展望了“核电革命”的前景。在他看来，加速器驱动先进核能系统将有效解决核电的固有安全、核燃料循环、场地等问题，为我国碳达峰碳中和提供更多的低碳基荷电能。

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