事件：12月23日，由中核集团中国原子能科学研究院和中国科学院近代物理研究所联合研制的，核反应堆零功率装置“启明星Ⅱ号”实现首次临界。这标志着我国加速器驱动次临界系统（ADS）研究完成又一个重大节点，也标志着我国在核反应堆新一代零功率装置研发领域达到国际先进水平。

中核集团微博称这一技术“太过先进、无法展示”，“达到世界先进水平”，并称可以将高放核废料转变为低放核废料，引发行业关注。

我们对核技术及核电领域的新兴技术保持高度关注，对此进行了研究，得出以下结论：

1、 加速器驱动次临界系统（ADS）用于乏燃料处理，能够将高放核废料转变为低放核废料，属于核技术运用范畴。本次研制成功的“启明星Ⅱ号”是世界首座用来开展ADS系统中子物理特性研究的关键装置，将为后续ADS示范堆的研发提供重要基础。

2、 加速器驱动次临界系统（ADS）的基本原理为利用质子加速器加速质子打靶，打靶后产生中子，核废料俘获中子后发生嬗变。这一过程的不断重复将形成低放射性的最终产物。

3、 我国加速器驱动次临界系统（ADS）的研发目前处于由单项技术过渡到集成实验装置设计阶段，预计6年时间建成整机集成研究装置（CIADS），并有望在2030 年左右实现工业级示范。

名词解释

实现首次临界

在反应堆正常运转中，反应堆总保持着临界状态。因此反应堆装置“实现首次临界”标志着该反应堆能够实现稳定运行，是核反应堆研发的关键节点。

核裂变反应的原理为，用中子作“炮弹”去轰击U235的原子核，当“炮弹”打入后，原子核就会******，成为两个新的原子核，原子核裂变过程中会释放出新的中子，如果控制得当，这些中子就可以继续去轰击原子核，保证核裂变反应不会停顿。

所谓临界状态，就是在没有外部中子源供给的情况下，核裂变本身产生出的新中子数量刚好满足反应堆继续裂变的需要。如果中子数过多，反应堆运行就会不稳定，严重时甚至有爆炸的危险；反之，如果中子数过少，裂变反应则会停下来。

加速器驱动次临界系统（ADS）

ADS的用途：用于乏燃料处理，使高放核废料在装置内部转变为低放核废料，同时在反应过程中还能够发电。

目前乏燃料处理有两种技术路线：“一次通过”循环与闭式循环。“一次通过”是指对乏燃料进行适当包装和储存后直接埋到地层深处；闭式循环指对乏燃料中可回收铀和钚进行提取，并降低乏燃料放射性后再进行地质处理。ADS装置则是闭式循环中降低核废料放射性的重要装置。

ADS的具体原理：乏燃料经过嬗变可降低其放射性，ADS系统则是进行放射性核废料嬗变的场所（通俗来说即“焚烧炉”）。

上世纪90年代核物理学家提出分离-嬗变战略，其核心是在闭式循环的后处理分离基础上，进一步利用核嬗变反应将长寿命、高放射性核素转化为中短寿命、低放射性的核素。核废料经过嬗变处理后，可在约700年内降低到普通铀矿的放射性水平。

ADS由中能强流质子加速器、外源中子产生靶和次临界反应堆构成，是一种高效的核废物嬗变器（通俗来说即“焚烧炉”）。ADS的反应流程为：由加速器产生的质子束流轰击设在次临界堆中的重金属散裂靶件，引起散裂反应，为次临界堆提供外源中子，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。

零功率装置

它是进行堆物理研究的重要实验装置，这种反应堆装置运行功率一般只在千分之一瓦到几十瓦之间。用它可以做如下的工作：（1）、对具体反应堆进行物理模拟，从而改进堆设计；（2）、研究含裂变物质的材料达到临界状态的条件，为核燃料工业提供技术数据等。

我国ADS发展路径

我国的ADS研究开始于1997年前后，一直由中核集团中国原子能科学研究院和中国科学院高能物理研究所共同开展。我国ADS研发与国外相比开始时间晚，但目前技术已发展到国际先进水平。

我国的ADS研究分为三个阶段：

第一阶段（始于1997年），由国家重大基础研究项目973“加速器驱动洁净核能系统（ADS）的物理技术基础研究”支持。主要围绕技术选型、加速器、散裂靶等装置的设计，以及各种分力的小型试验系统建设。主要设计指标为加速器质子束功率(<250)MeV/(<10)mA、堆功率(5-10)MW。在这一阶段中，中国原子能科学研究院于2005年7月完成“启明星I号”装置研发，并成为国际原子能机构开展ADS试验研究的基准装置。

第二阶段（始于2011），由中科院战略性先导专项“未来先进核裂变能－ADS嬗变系统”支持。完成设计指标为质子束功率(0.6-1.0)GeV/~10mA、堆功率约100MW的ADS实验装置建设。启明星Ⅱ号是ADS研发第二阶段重要成果，是世界先进的ADS系统临界装置。这一阶段将从基础研究向小规模系统集成过渡。

第三阶段（2015年发改委批复立项），由国家重大科技基础设施建设项目“加速器驱动嬗变研究装置”支持。完成设计指标为质子束功率1.5GeV/10mA、堆功率l000MW的ADS示范装置建设。这一阶段为工业推广阶段，以企业为主导，将加速器驱动嬗变系统放大至约GWth量级，实现运行可靠性和系统经济性的验证，进行工业应用。

我国ADS示范堆发展情况

目前我国正在筹划ADS示范堆建设：预计6年时间建成CIADS整机集成研究装置，20年左右实现商业化。ADS技术仍处在研发与测试阶段，筹建的CIADS项目与ADANES项目尚有较多技术问题要解决，正式实现规模化的商业运行仍有较长时间。

1、CIADS项目

2014年选定广东省惠州市惠东县东南沿海地区为CIADS（加速器驱动嬗变研究装置）建设地址。2014年6月，中国科学院与广东省人民政府签署了CIADS项目共建框架协议，标志着CIADS正式落户广东。该项目投资17.995亿元（含中科院配套资金5000万元），广东省负责配套设施建设，建设周期为6年。CIADS建成后将是世界上首个兆瓦级加速器驱动次临界系统研究装置，将使我国率先掌握加速器驱动次临界系统集成和核废料嬗变技术

2015年12月31日，国家重大科技基础设施“加速器驱动嬗变研究装置”由国家发改委批准立项。

2、ADANES项目

2016年3月9日，中广核和中国科学院签署合作协议，共同推进加速器驱动先进核能系统项目（Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System，ADANES）的建设。该项目将在广东省惠州市建设示范堆，并用20年左右时间实现商业化。ADANES是ADS的最新概念，是集核废料的嬗变、核燃料的增殖、核能发电于一体的先进核燃料闭式循环技术，能够简化工艺、防止核扩散，预计将成为我国ADS 研究的未来发展方向。如果得到国家及时和稳定的支持，有望在2022 年左右基本完成乏燃料循环利用验证以及ADS 燃烧器原理样机(10 MWth)等阶段性工作，引领国际核裂变能的创新发展，并在2030 年左右实现工业级示范。

国外对ADS的研究现状

总体来看，国际主要发达国家均有对ADS的长中期发展计划，目前各国均从单项技术研发过渡到集成实验装置设计阶段，开展工业规模实用化的ADS设计研究，且设想在2030年左右建成示范堆。欧盟与俄罗斯是ADS技术研发最为先进的国家或地区。

从技术发展阶段来看，中国的ADS发展处在第二阶段，与世界先进ADS研发国处于同一发展阶段；并且ADANES项目、启明星1号、启明星2号项目均为国际先进水平。

欧盟：欧盟联合了40 多家大学和研究所等机构，充分利用现有核设施合作开展实验研究。在欧盟F6和F7框架下支持了多个研究计划的开展，如MUSE 计划开展ADS中子学研究；MEGAPIE 计划开展MW级液态Pb—Bi冷却的散裂靶研究；MYRRHA计划期望在2023年左右建成由加速器驱动的铅铋合金(Pb—Bi)冷却的快中子次临界系统，其主要设计指标为功率85 MWth 的反应堆，600 MeV/4 mA的强流加速器，铅铋合金作为靶和冷却剂；MAX计划的目的是为MYRRHA的加速器装置的最终设计方案提供第一手的实验与模拟数据；FRERA 计划主要专注于ADS 系统在线反应性监测方法的实验验证。

美国：美国1999 年制订了加速器嬗变核废料的ATW计划，从2001 年开始实施先进加速器技术应用的AAA 计划，全面开展ADS 相关的研究。当前劳斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)又提出SMART 计划，研究核废料的嬗变方案。美国DOE/NNSA机构计划在乌克兰联合建造一个百千瓦级功率的ADS集成装置，但由于战争等原因，此计划仍在延迟中。费米国家实验室正在计划建造的Project-X 是一台多用途的高能强流质子加速器，除用于高能物理研究外，也打算将ADS的应用纳入其中。

日本：日本从1988 年启动了最终处置核废料的OMEGA计划，后期集中于ADS开发研究。由日本原子力研究机构(JAEA)和高能加速器研究机构(KEK) 联合建造的日本强流质子加速器装置(J-PARC)，计划在未来升级工程中将直线加速器能量提高到600 MeV，用于开展ADS的实验研究。日本同时还开展了具有工业规模的散裂靶和次临界堆融为一体的熔盐ADS概念设计研究。

俄罗斯：俄罗斯于20 世纪90 年代开展ADS 研发工作，内容涉及ADS相关核参数的实验；理论研究与计算机软件开发；ADS实验模拟试验装置的优化设计；1 GeV/30 mA 质子直线加速器的发展；先进核燃料循环的理论与实验研究等。俄罗斯还比较重视ADS的新概念研究，典型的有快—热耦合固体燃料ADS次临界装置概念设计和快—热熔盐次临界装置概念设计等。

另外，韩国和印度等国也都制定了ADS研究计划。

附：启明星Ⅱ号简介

“启明星Ⅱ号”是世界首座专门针对ADS系统中子物理特性研究的“双堆芯”临界装置。装置采用水堆和铅堆“双堆芯”结构，可通过控制系统选择灵活切换。其中铅基堆芯是中子物理特性最接近于ADS工程应用系统。

“启明星Ⅱ号”装置建成后，可以用来开展ADS反应堆物理静态与动态参数测量实验、堆靶耦合特性实验和反应性监督测量实验，为我国ADS第三阶段的研发以及铅基快中子反应堆的研发奠定了重要基础。