核电站使用的核燃料燃烧后就成了核废料,但核废料还带有一定的放射性,并不容易处理,不过我国新建的一座独特的核反应堆将致力于解决这一问题。

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俄罗斯媒体在3月10日报道了中国核能领域大动作——称我国正在广东惠州打造全球首座能“燃烧”核废料的加速器驱动次临界系统(ADS),这款装置预计2027年正式亮相,它不仅能把铀燃料的利用效率拉满,还能让核废料“变废为宝”成新燃料。

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实际上我国《科技日报》早在去年和今年3月初就对此进行了报道,不少媒体也在持续跟进该装置的研发冲刺进展,《南方日报》在3月11日也对其最新进展进行了详细报道。这种反应堆之所以这么受关注,是因为它所体现的技术不仅让中国站在全球核能创新前沿,更有望为人类解锁长达千年的绿色能源密码。

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如果把传统核反应堆比作“粗放烧煤的灶台”,那么烧完的核废料就是烫手又难处理的“煤渣”,因为其放射性很强,不能随意放置,必须密封运输,并且运送到专门放置核废料的地方(通常在深深的地下),这既浪费资源又存在长期辐射风险。

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而我国正在造的这款ADS反应堆就和传统的核发电反应堆不一样了,它就像是核能领域的“智能精烹大厨”,一边把燃料“吃干榨净”,一边还能把“厨余垃圾”核废料加工成新食材。从俄媒和国内报道的细节来看,这个“大厨”的核心本领,全靠一套精妙的“操作流程”。

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这套反应堆装置的核心是超导粒子加速器和次临界反应堆的“黄金组合”,加速器就像一台超级“质子发射器”,能把质子加速到光速的80%,每秒发射超3亿亿个质子轰击液态铅铋合金靶,瞬间产生海量的“中子雨”——这也是俄媒口中提到的、借鉴了俄罗斯研发成果的核心技术,毕竟铅铋靶技术早在苏联时期就已臻于完善,只是技术上在当时难以应用,如今被中国巧妙运用到ADS系统中。

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这些中子不会让反应堆发生自持的链式反应,而是像精准的“能量补给”,一方面维持反应堆发电,另一方面还能对核废料“动刀”:把原本被当成废物的铀-238,转化成能继续发电的钚-239燃料,从而真正实现核废料的再次利用。

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更让人安心的是,这款反应堆自带“物理安全锁”,和传统反应堆相比,它始终处于“次临界”状态,没有外部的中子补给就无法维持反应,只要关掉加速器,核反应会立刻停止,比任何电子保险装置都靠谱,彻底杜绝了“失控”的可能。

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中科院专家透露,该系统消耗铀的效率是传统反应堆的100倍,还能把高放核废料的体积减少96%,放射性毒性寿命从数十万年缩短到500年以内,相当于把核废料这个“万年隐患”,变成了只需短期处理的“普通问题”。

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这颗核能领域的“新星”,并非一朝一夕炼成。早在2011年,中国就启动了ADS系统的大规模研究,十年磨一剑,2021年成功研制出超导直线加速器样机,实现了可工业化应用的技术突破,同年,位于广东惠州的CiADS装置正式开工。

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如今研发团队正冲刺关键节点,2026年底将完成所有核心部件组装,今年更是要在6个月内完成32台超导加速单元的总装,为了保证精度,科研人员在比ICU洁净千倍的超净间里“慢动作”作业,连一丝灰尘都要死磕,这份极致的严谨,才让技术落地有了坚实基础。

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当中国全力推进全球首座兆瓦级ADS装置时,全球核能领域的“技术竞赛”也已拉开帷幕。俄罗斯作为铅铋靶技术的先驱,正将ADS组件整合到热堆与快堆结合的双组分能源系统中,布雷斯特-OD-300反应堆也在建设中,同样瞄准核燃料闭式循环。

美国则另辟蹊径,在托马斯·杰斐逊国家加速器实验室测试裂变技术,只不过选用了汞靶作为核心材料;瑞士的初创公司也在研发核嬗变技术,试图用钍元素解决核废料问题。

但目前来看,我国是唯一将ADS技术推进到兆瓦级原型装置建设阶段的国家,率先走在了工业化应用的前列。

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这款反应堆的诞生,远不止“解决核废料问题”这么简单,它背后藏着中国乃至全球能源发展的多重意义。

从资源利用来看,传统核反应堆铀利用率不足1%,而ADS系统能将其提升至95%以上,相当于让全球有限的铀资源“变多了百倍”,真正实现核能的可持续发展;从绿色低碳来看,它能稳定输出清洁能源,为中国碳中和目标提供强力支撑,也能为全球可再生能源补充稳定的基荷电源;从产业发展来看,它带动了超导腔、精密磁铁等高端核能装备的国产化,让粤港澳大湾区形成了完整的核能产业链,打造出国际一流的核能产业高地。

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更重要的是,它破解了核能发展的“千年瓶颈”。长久以来,核废料的处理难题一直是核能普及的最大障碍,各国要么花巨资建地下储存库,要么只能让核废料长期堆放,而ADS技术实现了“核废料就地消化、变废为宝”,让核能从“相对清洁”真正走向“绝对绿色”。

正如中科院专家所言,构建起这样的核燃料“闭式循环”,能为人类提供长达千年的稳定能源,这对于应对全球能源危机、实现能源转型来说,无疑是一次革命性的突破。

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当然,ADS技术的商业化之路还有挑战,比如装置的建设和运行成本较高,核心材料的抗辐照、抗腐蚀性能还需进一步提升,但中国的研发进度已经让世界看到了希望。2027年,当全球首座兆瓦级ADS装置在广东正式运行,中国不仅将掌握新一代核能技术的核心话语权,更会为人类能源发展打开新的大门。从“处理核废料”到“创造千年能源”,中国的核能创新,正在让“绿色核能”的梦想照进现实。

消息来源:《南方日报》3月11日报道《全球首个加速器驱动嬗变研究装置在惠州加速建设》网址
https://www.nfnews.com/content/732Gv2Kn6W.html

中工网3月3日报道《攻坚“未来核能” 加速器安装冲刺关键节点》
https://m.toutiao.com/is/4kPFitvcHhk/4kPFitvcHhk` dvX:/ e@o.Dh :8am