2016年底，中科院发布一项“太过先进，无法展示”的核技术，近日，这项技术取得新突破。中国科学网6月8日消息，2017年6月5日至7日，全球首台25MeV质子直线加速器通过测试，标志着我国先进核裂变技术获得突破。该技术“可将铀资源利用率由不到1%提高到超过95%，有望使核裂变能从目前的百年变为近万年可持续、安全、清洁的战略能源。”
目前核电站产生的乏燃料含铀量在95%左右，使用该技术处理后，核废料量不到乏燃料的4%，放射寿命由数十万年缩短到约500年。
2016年12月，中核集团微博发布一项“无法展示”的核技术
另据中新网报道，中国科学院8日在北京举行新闻发布会，中科院战略性A类先导科技专项“未来先进核裂变能—ADS嬗变系统”的专项负责人介绍了相关进展。中国科学院近代物理研究所副所长徐瑚珊介绍，ADS中文名为“加速器驱动次临界系统”，即利用加速器产生的高能离子轰击散裂靶，再产生高通量、硬能谱的中子，驱动次临界堆芯运行，达到乏燃料嬗变的目的。
徐瑚珊说，2011年中科院启动了战略性先导科技专项（A类）“未来先进核裂变能-ADS（加速器驱动次临界系统）嬗变系统”，经过6年多的不懈努力和奋力攻关，该专项从零开始，突破了一些关键核心技术并部分引领国际发展。在认识到传统的ADS方案在经济性上缺乏竞争力且技术挑战巨大之后，该专项原创地提出了“加速器驱动先进核能系统”全新概念，并已通过大规模并行计算模拟研究证明了其原理上的可行性，完成了一系列实验室模拟原理验证实验并取得了突破性进展。
中科院近代物理研究所ADS团队（中国科学网图）
ADS概念始于20世纪90年代初，目前尚未有建成的装置。欧、美、日等国的ADS系统研发正在从关键技术攻关转入系统集成建设，中国科学家在这场“竞争”中也有独创成果。“ADS系统主要组成就是加速器、散裂靶和次临界反应堆。”徐瑚珊说，本月初，研究团队建成国际上第一台ADS超导质子直线加速器前端示范样机，通过了中科院组织的25MeV(兆电子伏特)达标测试。他们还原创性提出颗粒流散裂靶的概念并建成原理样机。此外，研制的国际首台ADS研究专用铅基临界/次临界双模式运行零功率装置通过了中科院组织的临界达标测试，进入实验运行。
中国科学家不满足于此，他们在攻关ADS的同时原创性地提出全新的核能系统概念ADANES(加速器驱动先进核能系统)。后者除了拥有比ADS更先进的燃烧系统，还新增了“加速器驱动乏燃料再生循环系统”。
“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%。
专家说，2016年至2023年是ADANES原理验证、系统集成及规模验证阶段，力争到2030年时建成百兆瓦级工程示范项目。
这项技术的突破，将使我国万吨乏燃料变废为宝
还发布了2项A类先导科技专项成果另据新华社6月8日消息，除“未来先进核裂变能”外，当日的发布会上还发布另外两个A类先导专项，分别是“面向感知中国的新一代信息技术研究”和“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”。
新一代信息技术研究方面，依托信息技术先导专项成果研制的“‘寒武纪1A’深度神经元网络处理器”和“工业4.0互联网制造解决方案”，2016年被世界互联网大会选入世界互联网15大领先科技成果。中科院信息工程研究所所长孟丹说，专项研究提出了“海—网—云协同”的创新理念，突破了专用计算芯片、深度可编程网络等一批关键技术。
低阶煤利用先导专项提出低阶煤清洁高效梯级利用的整体解决方案。该专项在我国“煤变油”技术已批量投产的基础上，致力于解决褐煤、烟煤等大量低阶煤资源难以有效利用的问题，提出低阶煤分级液化的煤制油新工艺。据中新社今年5月报道，这项技术已完成年处理褐煤1万吨的工业中试装置的试验运行，正在新疆规划和设计百万吨级的商业装置。中科院山西煤炭化学研究所所长王建国说，专项突破了10项以上关键示范技术，形成适合我国资源特征的高能效、低污染、低排放和高值化的低阶煤综合利用技术体系。
先导专项是中科院发挥建制化优势，组织优势力量共同实施的跨学科、跨领域的重大科技任务。先导专项分为A、B两类，其中，A类先导专项侧重于突破战略高技术、重大公益性关键核心科技问题，促进技术变革和新兴产业的形成发展，服务我国经济社会可持续发展。
中科院重大科技任务局局长王越超介绍，通过先导专项的实施，取得了一批在国内外有重要影响的重大原创成果，如空间科学专项成功发射暗物质卫星“悟空”、量子卫星“墨子号”，干细胞与再生医学研究专项在“体外”获得功能性精子、脊髓损伤修复等方面取得一系列重大突破，南海环境变化专项为南海可持续开发利用提供强有力的科技支撑等。
附：
这项“太过先进无法展示”的中国黑科技到底是啥
12月23日10点17分，中国首座铅基核反应堆零功率装置“启明星Ⅱ号”首次实现临界。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。中核集团微博发布消息的时候，配图更是贴出了“太过先进，无法展示”。那么，加速器驱动次临界系统到底有多先进，以至于“太过先进，无法展示”呢？
目前，中国发电依旧是以火电为主，水电、风电、光伏发电所占的比重相对较少，而核电的比重也仅为3%。相比之下，2014年核电占全球总发电量的11.5%，在2015年，有19个国家的核电份额在15%以上。
从中可以看出，中国发展核电的潜力巨大。虽然中国核电的发展规划因日本福岛核事故的因素做了调整，但发展核电的大方向未变——到2020年，中国核电的发展目标为运行装机容量4000万kW和在建装机容量1800万kW的；中国工程院在《2050年我国的能源需求》咨询报告中的内容：到2050年，我国核电占一次能源总量的比重要求提高至12.5%（占电力装机容量的20%）。
然而，核电在为人类带来能源的同时，也会产生核废料，以一座100万千瓦的压水堆核电站为例，每年卸出约25吨乏燃料。什么是乏燃料呢？乏燃料是指经受过辐射照射、使用过的核燃料。由于核燃料在反应堆里经中子轰击发生核反应后，会有未用完的核材料以及种类众多的裂变产物。
其中危害性最大的有两类：具有高放射性的次锕系核素，如镎93、镅95和锔96等；具有长寿命裂变产物，如碘129、铯135等。具体来说，25吨乏燃料中有可循环利用的铀约23.75吨,钚约0.2吨，中短寿命的裂变产物约1吨，还有高放射性的次锕系核素约20千克和长寿命裂变产物约30千克。由于乏核燃料中包含有大量的放射性元素，如果没能安全处理，则会严重影响环境与接触它们的人的健康。而建更多的核电站意味着产生更多的乏燃料，因此，能否对乏燃料进行安全处理是核电可持续发展的瓶颈。
两种以往的核燃料处理模式
目前，国际上主要有两种核燃料处理模式：
一是“一次通过”循环方式。这种是指乏燃料经过适当包装和储存之后，直接进行地质处置。
通俗的说，就是找个合适的地方建造一个乏燃料的棺材埋了。但这种处理方式具有铀资源利用率低、产生的废物量大、废物所需安全处置的时间长等问题——将乏燃料中大量可以循环利益的资源与少量的废物一起处置，不仅造成核原料的浪费，还大幅增加了核废料的处置量，何况高放射性核废料的地质处置库建设十分昂贵。举例来说，美国在尤卡山建立的储藏库就耗资300亿美元。因此，曾经长期采用这种做法的美国也在2006年否定了当年卡特政府的核燃料“一次通过”的核能政策。
二是铀钚再利用的闭式循环模式。
这种模式将乏燃料中的铀和钚分离出来，并制成混合氧化铀钚燃料实现循环再利用，剩下的高放射性核废料和长寿命裂变产物经处理后进行最终的地质深埋。该循环模式可以明显提高核燃料的利用效率，同时也将大幅减小高放射性核废料的处置量。不过这种模式也存在不足，那就是要对高放射性核废料和长寿命裂变产物地质深埋，但漫长的半衰期使这种处理方式依旧存在一定安全隐患。
核废料安全处理新方法
除了之前介绍的两种处理模式外，还有一种更先进的处理模式，那就是分离—嬗变闭式循环。
这种模式是在铀钚再利用闭式循环的基础上，利用嬗变核反应将高放射性核废料中的高放射性、长寿命核素转化为中短寿命、低放射性核素或稳定核素。研究表明，高放射性核废料的放射性水平经过嬗变处理后，可在300—700年内降低到普通铀矿的放射性水平，需地质深埋处理的核废料体积减少至“一次通过”模式的1/50 和铀钚再利用闭式循环模式的1/10左右。
ADS嬗变系统
那么具体如何实现呢？这就离不开快中子反应堆和加速器驱动次临界系统了。加速器驱动次临界系统由强流质子加速器、重金属散裂靶和次临界反应堆三大分系统组成。基本原理是利用加速器产生的高能强流质子束轰击重核产生宽能谱、高通量散裂中子作为外源来驱动次临界堆芯中的裂变材料发生链式反应。次锕系核素与快中子发生裂变核反应，生成半衰期较短和毒性较小的裂变产物；长寿命裂变产物的嬗变主要通过热中子俘获、衰变等核反应过程生成短寿命或稳定的核素。通俗地说，就是制造一个高放射性、长寿命核废料的焚烧炉，将高放射性、长寿命核素转化为中短寿命、低放射性核素或稳定核素。同时，在这个过程中还会释放能量，这些能量可以用来发电，等于将核废料变成了可以用于发电的核燃料，实现变废为宝。
ADS嬗变原理
不过，这种新技术离产业化还有一定距离，世界各国都还在研究中——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。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。俄罗斯在上世纪90年代开展ADS研发工作。必须说明的是，目前国际上还没有ADS嬗变系统工程化应用的先例，中国是世界上第一个开展ADS嬗变系统大工程项目研制的国家，而本次取得的技术突破，使中国和全世界离使用更清洁的核能又进了一步。
