给核废料“做手术”为核燃料“开新矿”

在建的加速器驱动嬗变研究装置。受访者供图

核能是能量密度极高的清洁能源，但传统核电站只“吃细粮”——仅能利用天然铀中不足1%的铀-235，剩下99%以上的铀-238难以利用。使用过的核燃料会变成“核废料”，放射性长达数万年以上。如何处理这些问题，是一个世界性难题。

近日，在广东惠州，全球首个加速器驱动嬗变研究装置正在紧锣密鼓地建设中，在春节假期，工程团队也没有休息，重点推进了超导加速单元安装等工作。CiADS建成后，科学家们有望用它开展关键研究，为开发出安全、绿色、可持续千年以上的新一代核能系统奠定基础。

与灰尘“死磕”的超级工程

CiADS的核心思路是建设一台强大的质子加速器，将质子加速到接近光速，然后去轰击一个重金属靶，迸发出海量的中子。

这些中子会被注入一个专门设计、本身不会自发链式反应的“次临界反应堆”中。在这里，中子将发挥两大功效——

一是“嬗变”，即用中子轰击长寿命高放核废料，将其“击碎”并转化为短寿命或稳定的核素，能大幅降低核废料的毒性和危害时间，可以理解为做了一次“无害化处理”；

二是“增殖”，中子能让原本难以利用的铀-238嬗变为可裂变的钚-239，成为新的核燃料，相当于为核能打开了百倍于从前的“新矿藏”。

这套名为“加速器驱动次临界系统”的技术，被国际公认为是实现核燃料高效利用和核废料安全处理的理想途径。然而，从原理到工程，每一步都困难重重，全球尚无建成先例。

经过十余年攻关，中国团队于2021年研制出ADS超导直线加速器样机并实现关键指标突破，为CiADS建设铺平了道路。

如今，该装置进入核心设备安装的关键期。在比手术室洁净百倍、千倍的超净车间里，科研人员正以近乎偏执的严谨，完成超导加速腔等精密设备的总装。所有部件都要经历化学蚀刻、高压超纯水冲洗等十多道工序；科研人员操作时，动作像加了慢镜头一样轻柔，任何微小瑕疵——哪怕是一粒灰尘——都可能影响该装置未来数十年的稳定运行。

“把涉及物理过程的每一个工程细节都摸透，才能‘于无声处听惊雷’。”项目负责人何源说，“我们没有惊心动魄的大场面，就是跟灰尘这种‘小事’死磕。”

助力大湾区打造核能产业高地

预计到2027年，CiADS将建成全球首个兆瓦级加速器驱动次临界装置，使我国率先掌握该系统关键技术及集成运行经验。

何源表示，该技术有望将铀资源利用率提升百倍，并将核废料寿命缩短至千分之一以下，让核裂变能成为可持续千年以上的绿色能源。

不仅如此，这个国家重大科技基础设施，正成为带动地方产业升级的强劲引擎。在攻克超导腔、精密磁铁、18千瓦液氦低温制冷机等一系列核心关键技术并实现设备国产化的过程中，CiADS吸引了多家广东企业参与供应链，为粤港澳大湾区打造国际一流的核能产业高地提供了核心支撑。

更直接的应用已近在眼前。基于CiADS装置加速器和生产同位素的独特优势，科研团队正在开展医用同位素等关键技术研发，致力于构建大湾区同位素“研发—验证—产业化”的全链条体系。这意味着，未来不仅能源结构将受益于此，高端医疗、航天核电池等领域也将获得更稳定、先进的同位素供给。

剑指核能领域的世纪难题，CiADS正一步一个脚印地“沿途下蛋”，为广东吸引高端制造集群、孕育新兴产业，打通从基础研究到产业赋能的创新路径。

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