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在先进核能路上披荆斩棘
信源:中国科学报|编辑:2020-09-23| 网址:https://www.popyard.org     抄送朋友打印保留

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“外国做了没有?别人做过没有?”这两句“灵魂拷问”,中科院近代物理研究所(以下简称近物所)所长徐瑚珊从前常常听到。

2011年,中科院A类战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”启动,这意味着,近物所与中科院高能物理研究所(以下简称高能所)、中科院合肥物质研究院、中国原子能科学研究院等单位接下了一项没有先例的任务。

近日,中科院公布了“率先行动”计划第一阶段重大科技成果及标志性进展,“加速器驱动先进核能系统原理验证及关键技术重大突破”榜上有名。

“鸡蛋不要放在一个篮子里”核能是目前最高效的能源,但随核燃料裂变反应产生的乏燃料,其放射性可持续几万年。ADS的提出就是为了解决这一问题,其全称为加速器驱动次临界嬗变系统,它就像一个乏燃料处理器,是质子加速器、散裂靶和次临界反应堆的结合体。

这套技术路线早在上世纪就有科学家提出,其可行性受到国际公认。但受制于加速器、散裂靶发展水平、需要耦合多重复杂系统等原因,迄今为止还不曾有人成功验证过。但全球持续增长的乏燃料总量、确保核能安全可持续发展始终是绕不开的问题。

“当时真没把握,成不成谁也说不准。”ADS项目负责人之一、高能所研究员潘卫民告诉《中国科学报》。

按规划,ADS这条路要走通,需要经过几个阶段:原理研究和关键技术突破、技术路线验证、系统集成和原理验证、形成工业示范和进行商业化推广。ADS先导专项对应着第一阶段。而这一阶段的重点之一,就是实现加速器关键技术的突破。

筹备立项时,国际上最先进的质子加速器束流强度只有不到2毫安。而要实现嬗变乏燃料的目标,不仅要有连续波束流,束流强度还要达到5~10毫安。

按计划,ADS加速器采用超导直线加速器结构,主加速器前端连接了两台可交替使用的注入器,束流在10~20兆电子伏的能量下,通过一段特殊的通道进入主加速器。

“鸡蛋不要放在一个篮子里。”这是项目首席科学家、中科院院士詹文龙常说的一句话。为确保项目顺利进行,同样是突破加速器关键技术,近物所和高能所就走了两条不同的路。

所幸的是,靠着前期的技术积累和不认输的拼搏劲儿,两条路都走通了。“这是很了不起的事情。”徐瑚珊表示,这为下个阶段的工作提供了更多技术选择。

最终,加速器关键技术取得了一系列成果。

主加速器原理样机集成了近物所和高能所两大技术路线,在连续质子束流超过2毫安、32千瓦功率下运行超100小时。高能所研发的基于轮辐型超导腔的注入器I,质子束能量达10.67兆电子伏、脉冲流强达10.6毫安。近物所研发的基于半波长超导腔的注入器Ⅱ,质子束能量达10.06兆电子伏、脉冲流强达11.7毫安。这两条技术路线研制出的样机,均达到国际领先水平。

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