核能是能量密度極高的清潔能源，但傳統(tǒng)核電站只“吃細糧”——僅能利用天然鈾中不足1%的鈾-235，剩下99%以上的鈾-238難以利用。使用過的核燃料（95%以上是鈾-238）會變成“核廢料”，放射性長達數(shù)萬年以上。如何處理這些問題，是一個世界性難題。

　　近日，在廣東惠州，全球首個加速器驅(qū)動嬗變研究裝置（CiADS）正在緊鑼密鼓地建設(shè)中，在春節(jié)假期，工程團隊也沒有休息，重點推進了超導(dǎo)加速單元安裝等工作。CiADS建成后，科學(xué)家們有望用它開展關(guān)鍵研究，為開發(fā)出安全、綠色、可持續(xù)千年以上的新一代核能系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

　　與灰塵“死磕”的超級工程

　　CiADS的核心思路是建設(shè)一臺強大的質(zhì)子加速器，將質(zhì)子加速到接近光速，然后去轟擊一個重金屬靶（如液態(tài)鉛鉍），迸發(fā)出海量的中子。

　　這些中子會被注入一個專門設(shè)計、本身不會自發(fā)鏈式反應(yīng)的“次臨界反應(yīng)堆”中。在這里，中子將發(fā)揮兩大功效——

　　一是“嬗變”，即用中子轟擊長壽命高放核廢料，將其“擊碎”并轉(zhuǎn)化為短壽命或穩(wěn)定的核素，能大幅降低核廢料的毒性和危害時間，可以理解為做了一次“無害化處理”；

　　二是“增殖”，中子能讓原本難以利用的鈾-238嬗變?yōu)榭闪炎兊念?239，成為新的核燃料，相當(dāng)于為核能打開了百倍于從前的“新礦藏”。

　　這套名為“加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)（ADS）”的技術(shù)，被國際公認為是實現(xiàn)核燃料高效利用和核廢料安全處理的理想途徑。然而，從原理到工程，每一步都困難重重，全球尚無建成先例。

　　經(jīng)過十余年攻關(guān)，中國團隊于2021年研制出ADS超導(dǎo)直線加速器樣機并實現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)突破，為CiADS建設(shè)鋪平了道路。

　　如今，該裝置進入核心設(shè)備安裝的關(guān)鍵期。在比手術(shù)室潔凈百倍、千倍的超凈車間里，科研人員正以近乎偏執(zhí)的嚴謹，完成超導(dǎo)加速腔等精密設(shè)備的總裝。所有部件都要經(jīng)歷化學(xué)蝕刻、高壓超純水沖洗等十多道工序；科研人員操作時，動作像加了慢鏡頭一樣輕柔，任何微小瑕疵——哪怕是一粒灰塵——都可能影響該裝置未來數(shù)十年的穩(wěn)定運行。

　　“把涉及物理過程的每一個工程細節(jié)都摸透，才能‘于無聲處聽驚雷’。”項目負責(zé)人何源說，“我們沒有驚心動魄的大場面，就是跟灰塵這種‘小事’死磕。”

　　助力大灣區(qū)打造核能產(chǎn)業(yè)高地

　　預(yù)計到2027年，CiADS將建成全球首個兆瓦級加速器驅(qū)動次臨界裝置，使我國率先掌握該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及集成運行經(jīng)驗。

　　何源表示，該技術(shù)有望將鈾資源利用率提升百倍，并將核廢料壽命縮短至千分之一以下，讓核裂變能成為可持續(xù)千年以上的綠色能源。

　　不僅如此，這個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，正成為帶動地方產(chǎn)業(yè)升級的強勁引擎。在攻克超導(dǎo)腔、精密磁鐵、18千瓦液氦低溫制冷機等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)并實現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化的過程中，CiADS吸引了多家廣東企業(yè)參與供應(yīng)鏈，為粵港澳大灣區(qū)打造國際一流的核能產(chǎn)業(yè)高地提供了核心支撐。

　　更直接的應(yīng)用已近在眼前。基于CiADS裝置加速器和生產(chǎn)同位素的獨特優(yōu)勢，科研團隊正在開展醫(yī)用同位素等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，致力于構(gòu)建大灣區(qū)同位素“研發(fā)—驗證—產(chǎn)業(yè)化”的全鏈條體系。這意味著，未來不僅能源結(jié)構(gòu)將受益于此，高端醫(yī)療、航天核電池等領(lǐng)域也將獲得更穩(wěn)定、先進的同位素供給。

　　劍指核能領(lǐng)域的世紀難題，CiADS正一步一個腳印地“沿途下蛋”，為廣東吸引高端制造集群、孕育新興產(chǎn)業(yè)，打通從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)賦能的創(chuàng)新路徑。

　　（記者 鐘哲）