在人類生存和文明的可持續發展中能源問題始終發揮著重要而不可分割的作用。當前能源發展面臨三大挑戰——能源安全、環境污染和氣候變化。因此，潔凈能源的發展與改善至關重要。12月16日，“高能論壇”邀請到核物理學家、中國科學院院士詹文龍為我們講述了中國科學家對能源發展的思考，并介紹了加速器驅動先進核能系統的設計思想、核心關鍵技術與建設進展。
為了應對能源發展的挑戰，環境友好的低碳能源將是未來能源發展的趨勢，習近平總書記提出了中國要實現“2030碳峰值、2060碳中和”的目標，核能將是實現這一目標不可或缺的能源。當前的低碳能源主要包括水電、太陽能、風能和核能4類。由于太陽能和風能具有間歇性特性，在穩定性和作為基礎負載能源方面制約其發展，另外長時間的電能存儲仍存在很大困難，作為骨干電網UPS作用的核電不可替代。核電以其穩定、可靠、成規模的優勢得到很多國家的青睞，詹院士分享了一組數據：美國核電占其總能源的20%、法國約70%、中國約5%，截止2019年中國核電發電量占國際核電發電量的12.4%、中國在建核電站14臺。隨著核電的大力發展，其產生的乏燃料處理問題日益突出，而日本福島事故也讓人們更加重視到核安全問題。為了可持續(燃料利用率最大化，放射性廢物最小化)、安全可靠的發展核電，同時在提高經濟性、防范核擴散方面做出努力，中國科學家創新性的提出了核能系統新思路——加速器驅動先進核能系統(ADANES)。
ADANES系統主要由加速器驅動的燃燒器(ADB)和加速器驅動乏燃料再生(ADRUF)組成。其設計思想是利用可控高反應性快中子燃燒器實現集嬗變、增殖及產能的核燃料燃燒，然后利用低次級沾污的干式處理實現乏燃料再生，形成完全燃料循環的新型核能系統，使得核燃料的燃料效率由當前核電的1%可提高到95%，核廢料減少到原來的4%且衰變壽命小于500年，大大降低核廢料存儲壓力和延長核裂變能的供給持續時間。
圖1
為實現ADANES的愿景、解決面臨的多個方面的核心技術挑戰，中國制定了發展路線圖(圖1)。中國科學院科技先導A類專項支持了I期裝置的建設調試，取得了突破性進展、驗證了技術路線的可行性，目前發改委已經批準第二期項目加速器驅動嬗變實驗裝置(CiADS)的建設。在I期建設中實現了多項關鍵技術突破并將在后續建設中繼續攻關：完成了連續波型超導直線加速器樣機設計、集成與調試，獲得最高功率的連續波束流，調試水平達到國際領先;受沙漏的啟發，創新性的提出了顆粒流靶(圖2)的設計思想，大幅提高靶的功率承受能力，使功率超過10MW的系統設計成為可能;提出了低次級沾污高溫干式處理的再生乏燃料組合新方法，大大減少核廢料的產生并降低核擴散的風險;高溫陶瓷反應器的設計使得燃燒器系統更加安全;為滿足新型靶及先進核能相關系統的設計要求，全新開發了基于GPU和超算的模擬程序，為完成創新方法的驗證與系統設計提供了重要的平臺，同時為實現數字化ADANES提供助力。
圖 2
詹院士介紹了惠州核研究中心的建設進展及發展規劃。該中心在建兩個重大科技設施：面向能源科學的加速器驅動嬗變實驗裝置(CiADS)和面向粒子物理與核物理的強流重離子研究裝置(HIAF)。在完成各裝置科學任務的基礎上，科學家們希望最大化利用裝置的能力，在基礎物理、核材料、放射生物醫療和核技術應用方面做出更大的突破和貢獻。詹院士特別介紹了利用HIAF-CiADS產生β束(衰變產生中微子)進行中微子研究的方案和量產靶向α治療(TAT)的發射α同位素的意義及進展。不同射線的相對生物學效應不同，靶向α治療與X射線治療、質子治療、重離子治療相互補充(圖3)，效果良好，具有低劑量、高效、易使用等特點，多個同位素藥物獲得FDA臨床批準。為解決國際上發射α治療同位素供不應求、急需研發量產新能力的問題，將在裝置區內建設量產發射α同位素示范工程，建設周期3年。
圖 3
在互動討論環節，詹院士與云觀眾及現場觀眾探討了聚變能與裂變能的關系與發展前景、加速器驅動核能系統發電的轉換效率、乏燃料處理、反應堆運行狀態監測等問題。最后詹院士寄語希望通過推動加速器驅動先進核能系統，讓核能實現安全高效的可持續發展。(作者：孟才)
