中国核燃料研究获重大突破 铀利用率由1%提到超95%

记者近日从中国科学院获悉，我国科学家在未来先进核裂变能——加速器驱动次临界系统（ADS）研究中取得重大成果，并基于此在国际上首次提出一种新核能系统——加速器驱动先进核能系统（ADANES），有望使核裂变能成为可持续近万年、安全、清洁的战略能源。

中国科学院重大科技任务局局长王越超介绍，ADS是国际上公认的一种最有前景的核废料安全处理技术途径，但尚未有建成的装置。中国科学院于2011年启动了“未来先进核裂变能”战略性先导科技专项，集中中国科学院近代物理研究所、中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学等14家机构的科研力量，突破了ADS强流超导质子直线加速器、高功率散裂靶、次临界堆装置等单向关键技术，为我国率先建成实验装置奠定了技术基础。

研究中，我国科学家创新性地提出了ADANES核能系统，已通过大规模并行计算模拟研究，完成了一系列原理实验验证，并取得了突破性进展。中国科学院近代物理研究所副所长徐瑚珊说，ADANES集核废料的嬗变、核燃料的增殖以及核能发电于一体，可将铀资源利用率从现在的不到1%提高到超过95%，处理后的核废料也会大大降低，“按照现在的利用效率，地球上的铀资源只能用约百年，但应用这一系统可让铀资源的利用提升至数万年”。

据徐瑚珊介绍，我国提出了ADANES四步走发展战略：原理研究及关键技术攻关（2011年—2020年）—原理验证（2016年—2023年）—技术验证（2022年—2030年）—工业推广（2030年以后）。目前，ADANES燃烧器——十二五国家重大科技基础设施“加速器驱动嬗变研究装置CiADS”已经国家发改委立项批复。

“由乏燃料分离—嬗变策略的精耕细作 ，改为吃粗粮且吃干榨净 。”徐瑚珊解释说，ADANES一旦实现，将把铀资源利用率由当前的不到1%提高到超过95%，处理后核废料量不到乏燃料的4%。

乏燃料：难以处理的“烫手山芋”

乏燃料，是指在反应堆内燃烧过的核燃料，经过一定的时间从反应堆内卸出。乏燃料并非核废料。其中仍有95%的铀没有燃烧，同时还会产生一些新核素，如1%的钚和4%的其他核素。

到2020年，我国预计建成5800万千瓦核反应堆机组，每年产生的乏燃料超过1000吨，乏燃料累计总量约1万吨。

“诺贝尔奖获得者伯顿·里克特曾经写过一篇讨论核能的文章《两个魔鬼之间》，我们干的就是降妖除魔的事。”清华大学教授陈靖形象地说。

乏燃料具有很强的放射性，如果处置不当将引发难以估量的灾难。对于这个“魔鬼”，国际上有两种办法：一是永久禁锢在地下，二是“招安”部分可用之才。

“美国耗资1000亿美元在尤卡山挖了一个几百米深的地下储藏基地，但是到2015年，储量已经达到75%，过不了几年就要装满了，接下来怎么办？”陈靖反问道。因此，自奥巴马上任后，美国政府就暂停向尤卡山继续存放乏燃料，另寻出路。

突破意味着什么？

那么这次技术突破究竟对乏燃料的处理来说，意味着什么？

传统核反应堆产生的乏燃料，只能通过乏燃料处理后再利用，产生的高辐射的核废料只能永久掩埋或者储存在金属罐中。

本次中国专家的技术突破，运用了分离一嬗变技术(Partitioning & Transmutation,简称P-T技术)。这是一种把高放废物中锕系核素、长寿命裂变产物和活化产物核素分离出来，制成燃料元件返回到反应堆内经过一系列核反应转变成短寿命核素或稳定同位素，减少高放废液地质处理负担和长期风险，并可能更好地利用铀资源。

上世纪九十年代，欧洲提出了通过先进核能系统实现“乏燃料分离-嬗变（P&T）战略”以达到先进的闭式燃料循环。其主要特点在于在回收利用铀和钚的基础上，进一步将次锕系元素和长寿命裂变产物分离出来，在嬗变装置中进行嬗变。

这就是大名鼎鼎的加速器驱动次临界系统（Accelerator driven sub-critical system (ADS)），嬗变处理可以将高放废料的半衰期从几十万年减少至几百年。也就是说，原本需要存放几十万年的高放废料，经过处理后，只需存放几百年就可以了。

ADANES一旦实现，将把铀资源利用率由当前的不到1%提高到超过95%，处理后核废料量不到乏燃料的4%。这项技术的突破，将使我国万吨乏燃料变废为宝。