中國的核能技術(shù)發(fā)展到什么水平了？隨著我科技的快速發(fā)展，我國的清潔能源領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們不緊不慢地推進著核電站的建設(shè)，力求安全高效地進入清潔能源時代。而要想核能做到完全“清潔”，核廢料處理技術(shù)的發(fā)展也是重中之重。2016年，中

中國的核能技術(shù)發(fā)展到什么水平了？隨著我科技的快速發(fā)展，我國的清潔能源領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們不緊不慢地推進著核電站的建設(shè)，力求安全高效地進入清潔能源時代。而要想核能做到完全“清潔”，核廢料處理技術(shù)的發(fā)展也是重中之重。

2016年，中國科學(xué)院近代物理研究所研制的“未來先進核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”超導(dǎo)直子加速器注入器Ⅱ原型機研制取得重大進展。在此技術(shù)的支持下，我國首座鉛基核反應(yīng)堆零功率裝置“啟明星Ⅱ號”首次實現(xiàn)臨界，標(biāo)志著我國在此領(lǐng)域已達到國際先進水平。這項技術(shù)一出現(xiàn)，日本就想買下了，開價3000億美元，美國更是開出6000億美元的高價想將此項技術(shù)買下，但均被我國一一回絕。究竟是怎樣的技術(shù)能讓美國日本自愿掏腰包？

ADS嬗變系統(tǒng)是啥？

ADS是加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能系統(tǒng)（Accelerator Driven Sub-critical System）的簡稱。這個系統(tǒng)具有強大的嬗變能力，安全性高，中子經(jīng)濟性好。不但能提高核燃料的利用效率，也能增殖核燃料和利用釷作為燃料發(fā)電，最重要的是，它在嬗變核廢料方面有其他系統(tǒng)難以替代的優(yōu)勢。

ADS嬗變系統(tǒng)由質(zhì)子直線加速器、重金屬散裂靶、次領(lǐng)界反應(yīng)堆、平臺及配套設(shè)施五個部分組成。工作原理是，利用加速器產(chǎn)生高能強流質(zhì)子束，用質(zhì)子束轟擊重核，產(chǎn)生寬能譜和高通量中子作為外源，驅(qū)動次領(lǐng)界堆芯中的裂變材料，促使裂變材料發(fā)生持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。使得長壽命的放射性核素最終變?yōu)榉欠派湫曰蚨虊勖暮怂?，維持反應(yīng)堆運行。

強流高功率離子束是核工業(yè)的尖端技術(shù)，是各個發(fā)達國家爭先搶占的技術(shù)高地。這項技術(shù)被我國突破，無疑是先人一步卡住了別人的脖子。

啟明星Ⅱ號

啟明星Ⅱ號全稱為鉛基核反應(yīng)堆零功率裝置，ADS嬗變系統(tǒng)就是運用于啟明星Ⅱ號中。啟明星Ⅱ號運用于核電站中，不但能將核燃料的使用效率提高到95%，還能對核燃料消耗完成后產(chǎn)生的核廢料再次回收利用。該裝置中的鉛基中含有鉛冷質(zhì)，可以讓核廢料失去放射性，也可以將核發(fā)力釋放的能量再轉(zhuǎn)化為電能。

這個裝置厲害在哪里呢？目前，世界上所有擁有核電站的國家最常用的處理核廢料的方式就是掩埋和儲存。中國、英國、法國等國家都是采用處理后陸地掩埋的方式；美國日本則是將所有核廢料儲存起來，等待日后繼續(xù)研究。而啟明星Ⅱ號則可以將核廢料回收再利用，不但緩解了核燃料短缺的問題，也初步解決了核廢料的處理問題。

核廢料沒有那么“廢”

核廢料就是進行核工業(yè)活動時，核燃料燃燒產(chǎn)生的放射性廢料，但從專業(yè)的角度來說，核廢料還不是完全的“廢”，燃燒過后會變成乏燃料。乏燃料是什么呢？核電站所用的燃料是二氧化鈾，主要成分是3%~5%的鈾235。燃料燃燒一段時間后，鈾235含量減少，含量降到1%時就不能再提供能量，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也無法繼續(xù)進行，這時就需要將核燃料從反應(yīng)堆中拿出來。拿出來的這些東西就是核廢料，核工業(yè)領(lǐng)域稱它為乏燃料?？偟膩碚f，核廢料就是不能繼續(xù)在反應(yīng)堆里燃燒，繼續(xù)提供能量，經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和可靠性都不夠強的燃料。

核廢料為何還能回收利用

核燃料在燃燒反應(yīng)前只有二氧化鈾，燃燒反應(yīng)后會通過裂變產(chǎn)生50多種新元素，這些元素幾乎占據(jù)了一半的元素周期表，同位素多達上百種。例如氦氖等惰性氣體元素、 鑭鈰等稀土元素、鈾钚等放射性元素。但是乏燃料中95%的物質(zhì)依然是鈾，將乏燃料回收后，再從中提取鈾235做成新燃料。

為什么要回收核廢料

• 循環(huán)利用鈾資源

乏燃料中雖然只含有1%的鈾235，但要知道，天然鈾礦中的鈾235含量只占0.7%，其他99.3%是鈾238，所以獲得天然鈾礦后要經(jīng)過提取才能獲得核燃料。平均每噸地殼物質(zhì)中含有2.5克鈾，如果每次使用后的乏燃料都只經(jīng)過簡單處理掩埋的話，地球上的鈾資源只夠人類用幾十年。

• 減少環(huán)境污染

乏燃料提取過后，會剔除其中的反射性元素，減小核廢料的體積，也減少了核廢料對環(huán)境產(chǎn)生的潛在威脅。

• 提取可用元素

乏燃料中95%是二氧化鈾、1%是增殖產(chǎn)物钚239、4%~5%的裂變產(chǎn)物。裂變產(chǎn)物中有一部分錒系元素可以另作他用（錒系元素：元素周期表中原子序數(shù)為89~103區(qū)間的元素）。比如镎237，可以用來做核電池，進行火星探測的“天問一號”由于無法利用太陽能發(fā)電，就需要用到這種核電池。

（核電池）

核廢料回收利用的難度有多大

核廢料回收后要將通過化學(xué)分離法將各個元素分離出來，分離后會產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液，廢液中就含有放射性物質(zhì)，但是液體在環(huán)境中會很容易擴散，所以要將廢液制成固化體。現(xiàn)在最常用的方式是玻璃固化，做成屏障后就能保證放射性核素?zé)o法在環(huán)境中遷移。

而分離的過程也很困難，因為每種材料的溶解度不同，將所需物質(zhì)從廢料里分解出來就像是在沙漠里淘金。所以無論是分離使用的萃取液，還是相關(guān)的化工設(shè)備，制造起來都很難。所以可以說，核廢料回收處理是人類目前所知的最復(fù)雜，最具有挑戰(zhàn)性的化工分離工藝。

啟明星Ⅱ號設(shè)備就是利用核電站的核廢料來做燃料發(fā)電，同時還能降低核廢料的污染，降低核廢料后續(xù)處理的難度，可見它的含金量有多高。

我國于2005年就建成了啟明星Ⅰ號，但只是一個基礎(chǔ)研究裝置，而且當(dāng)時互聯(lián)網(wǎng)不發(fā)達，知道的人還很少。2019年，啟明星Ⅲ號在中國原子能科學(xué)研究院實現(xiàn)首次臨界，并正式啟動鉛鉍快堆芯特性物理實驗。

相比啟明星Ⅱ號使用的鉛堆，鉛鉍快堆可以在較低的溫度下運行。而且中子經(jīng)濟性優(yōu)良，不僅能提高資源利用率，也更利于預(yù)防擴散?？梢杂糜谇f級的大型電場、深?？臻g站、海上石油開采平臺、偏遠地區(qū)能源供給等。啟明星Ⅲ號已經(jīng)進入工程化階段，也意味著我國在鉛鉍快堆研發(fā)領(lǐng)域已走在國際前列。