核裂变能是一种安全、低温、经济的温室气体排放能源。然而，核裂变能的可持续发展面临诸多挑战，尤其是日本福岛核事故发生后，公众对发展核能产生了恐惧，这对未来先进核能系统的安全性提出了更加严格的要求。在确保安全保障的前提下，核裂变能长期可持续发展必须解决核燃料稳定供应和核废料安全处置经济可行的两大问题。后一个问题是我国乃至国际核能界都无法回避的重大问题，也是尚未解决的世界性问题。

加速器驱动的亚临界系统（ADS）具有较强的嬗变能力、良好的中子经济性和优异的系统安全性，不仅在核废料嬗变方面具有不可替代的优势，而且具有培育核燃料、以钍为燃料发电的潜力，是国际公认的嬗变安全处置长寿命核废料最有前途的技术途径（）。

图1 核燃料循环模型效果图

ADS系统由三个子系统组成：加速器、散裂靶和反应器。它的工作原理是利用加速器产生的高能大电流质子束轰击重核，产生宽能谱，以高通量中子为外源，驱动亚临界核中裂变材料的连续链式反应，使长寿命的放射性核素最终成为非放射性或短寿命核素，维持反应堆的运行（）。

图2 ADS示意图

目前，国际上还没有建立ADS设备。欧盟国家、美国、日本、俄罗斯等拥有核能科技的发达国家制定了核能系统中长期发展路线图，并正逐步从关键技术研究阶段转向集成系统ADS原理研究装置的构建阶段。

表1 国际ADS设计参数一览表（部分

）。

2011年1月，中国科学院启动了“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”战略性先导科技项目（以下简称“ADS项目”），在实施过程中逐步形成了中国加速器驱动先进核能系统（ADANES）的发展路线图，分四个阶段实施： （1）原理研究和关键技术研究阶段。在ADS项目的支持下，初步证明了ADANES物理原理的可行性，并对设计进行了优化，并宣布了“十二五”国家重大科技基础设施“中国倡议加速器驱动系统”（CIADS）的系统集成和规模验证阶段;（2）“ADANES重大项目”。完成ADANES燃烧器系统验证装置CIADS的建设，开展ADANES加速器驱动乏燃料回收（ADRUF）的原理验证，争取期内国家重大项目审批，（3）“ADANES重大项目”示范项目阶段的建设阶段。在国家重大项目的支持下，100兆瓦ADANES项目示范项目已经完成，（4）ADANES系统进入产业化应用阶段。ADANES系统的商业应用由企业推动。

图3 ADANES在中国的发展路线图

2 取得的进展

作为ADANES路线图的第一阶段，该项目的目标是专注于解决ADS加速器、散裂靶和反应堆系统中的各个关键技术问题。同时，根据示范工厂的需要开展前瞻性研究工作，开发ADS研究所需的平台基础。在CIADS建设项目的支持下，我们可以从整机集成层面掌握ADS的主要关键技术以及系统集成和ADS调试的经验，从而为下一步构建ADANES演示装置奠定基础。

项目启动以来，在超导质子直线加速器、重金属散裂靶、亚临界反应堆和核能材料等方面的研究取得重要进展和突破，部分关键技术达到国际领先或先进水平。总体来看，我国ADS研究已开始从基础研究阶段过渡到工程实施阶段。

2.1 超导质子直线加速器

实现了离子源、RFQ（射频四极杆）加速器、低β超导腔、大功率耦合器、电源、超导磁体、低温恒温器等超导直线加速器所需的单一技术突破，并开展了系统集成研究。

就个人技术突破而言。162.5MHz@2.1MeV ADS RFQ 加速器通过中国科学院重大科学技术任务局组织的专家现场技术测试，是继美国洛斯阿拉莫斯国家实验室 LEDA RFQ 之后，全球第二台达到或超过 10mA 的连续波质子束 RFQ 加速器， 也是目前在世界范围内稳定运行的连续波离子束RFQ，加速器的平均束流功率是世界上最高的325MHz@3，加速器的平均束流功率是世界上最高的，Spoke012超导腔是世界上最低的β， 实现了Spoke012双腔系统的集成和光束在2K低温下的运行，Spoke012、Spoke021和HWR010超导腔的垂直试验性能指标达到国际先进水平。

在系统集成方面。“在系统集成方面。喷射器 I 获得能量为 10 MeV 和电流强度为 2.1 mA 的连续波 （CW） 质子束。喷油器II获得能量为10.06 MeV，电流强度为11.8 mA的脉冲束和能量约为10 MeV，电流强度为1.1-2.7 mA的连续光束。两台喷油器性能指标均达到ADS试点项目要求，在调试运行方面超越以色列唯一的连续波强电流超导直线加速器装置（SARAF），位居国际领先水平。展望未来，ADS加速器团队将继续努力实现下一阶段的20-25 MeV能源目标。

2.2 重金属散裂靶材

基于粒子流靶的技术验证和台架实验已经全面启动，样机的所有子系统和电路都准备就绪，即将进入联合调试实验阶段。

2.3 亚临界反应堆

具有临界和加速器驱动亚临界双模运行能力的创新型10MW ADS铅铋冷却研究实验反应堆详细方案设计完成，并通过了国际同行专家的一系列技术评审和设计评估。为被动余热除热技术及反应堆事故安全特性提供了基础研究和工程验证平台，完成了铅铋环境下加注机构、控制棒驱动机构等CIADS装置铅铋冷却堆关键部件的样机开发，完成了铅基反应堆工程技术集成试验装置CLEAR-S工程设计， 并完成了零功率设备的安装、调试和关键准备工作。

2.4 平台及配套设施

超导腔焊接加工技术实验室、超导腔加工测试平台、低温站、B类放射化学实验及放射化学材料计算平台、核材料辐照/辐射/高温协同综合实验平台、散裂靶设计仿真软硬件平台、核数据测量平台、液铅铋散裂靶关键技术研究搭建了平台等，确保试点研究工作的顺利进行。

2.5 总体规划和选址

这

确定了CIADS总体设计方案并形成了项目建议书，并于2015年底获得国家发改委批准，并确定了选址，并完成了新园区选址初步可行性分析报告和选址换届阶段环境影响报告。

2.6 前瞻性探索性研究

在材料研究方面，完成了5吨SIMP钢的制备工作，同时开展了SiC复合纤维材料的研发，并建成了第三代SiC复合纤维中试生产线。在核燃料制备方面，完成了铀纳米材料的制备和一系列锕系元素有机化合物晶体的合成，制备了不同粒径的铀球和铈球，并开展了50%部分裂变产物排除法和包括二次锕系元素在内的新型燃料元件的制备， 而且这个原则基本上是可行的。

在中国科学院中期考察中，ADS系统及关键技术的研究得到了专家的高度认可。它被国际评价专家评为国际领导者，并被原子能机构列入相关工作组合作计划。在中国科学院所属研究院“十二五”验收中，院“十三五”中ADS关键技术突破被评为院所“百强”，院院ADS研究团队荣获2015年度“中国科学院先进集体”荣誉称号，A级综合绩效考核排名第一2015年的试点项目。

3 独创性

中国ADS研发从无到有，从后续研究到原创创新，经历了一个艰难的发展过程。随着ADS项目的实施，许多原创的理论、方法和技术被提出，并在实验和理解的过程中不断优化，如：

（1）提出了ADANES的新概念和方案，并基本完成了原理的仿真测试验证。它是一种先进的闭循环核燃料技术，集核废料的嬗变、核燃料的增值和核能的产生于一体。科技部、国家发改委、国防科技工业局联合建议“支持发展ADANES，分阶段实施”，并与广东省、福建省等国政府签订战略合作协议。

（2）创造性地提出了一种新的流体固体粒子靶的概念，并完成了初步设计，并成功实现了电子束耦合的小工作台原理实验。该项目得到了该领域专家的积极评价和关注，欧洲核子研究中心与几个欧洲实验室合作开展了光束实验，比利时的MYRRHA团队也分配了人员和资金进行设计。

（3）在材料研究方面，自主配制自主研发的SIMP钢经测试的性能指标优于或不低于目前国际主流核能装置抗辐射结构材料，有望成为核能装置新的候选结构材料。

4 对行业的影响

ADS项目以实现我国核废料安全处置为出发点，开展核废料原理和关键技术研究，并借助CIADS和ADRUF建设项目的支撑，为我国ADANES工业示范装置的最终建设和商业推广奠定技术基础， 这将对保障我国核裂变能长期可持续发展产生重大影响 此外，ADS专项的研发促进了机械加工、软件开发、加速器（涉及磁铁、低温、真空、电源、电源、准直、超导）、辐射防护、放射化学等先进技术的发展，提升了我国的国际形象和地位。

五、未来中国学科部署、产业推广、人才培养建议

（1）ADANES的研发涉及多个学科，需要相关研究机构、政府和企业共同攻关。其研发是一个相对长期的过程，必须经过原理研究、关键技术研究、系统集成与规模验证、工程示范等多个工序，才能最终实现商业化。因此，必须将ADANES的研发纳入国家的中长期规划，必须在国家层面明确ADANES在核能可持续发展战略中的作用和作用。

（2）在ADS专项、“973”计划等项目的支撑下，国内形成了稳定的ADANES研发力量，开始从原理研究、关键技术研究向系统集成、规模验证转变。（3）制定专项计划，配套专项资金，建立科学的用人机制和多样的人才用人制度，积极吸引国内外优秀科研人员和工程技术人员参与ADANES科研工作;培养和造就一批年轻的科研和工程技术人员。

（支持单位：中国科学院现代物理研究所、中国科学院高能物理研究所、中国科学院合肥物理科学院）。

专家评论

在国家对核能可持续发展的战略需求的驱动下，为实现核废料的安全处理处置，中国科学院于2011年启动了核能安全处置试点项目。作为我国加速器驱动先进核能系统（ADANES）的前期研究项目，ADANES燃烧器关键核心技术取得一系列重大突破，部分关键技术达到国际先进或领先水平，引起国内外同行的广泛关注。在专项实施过程中，逐步形成了一支年龄结构合理、专业性十足的技术研发团队。同时，作为ADS试点专项工作的后续行动，其“十二五”国家重大科技基础设施综合核查装置“加速器驱动嬗变研究装置”（CIADS）已获得国家发改委批准，即将实施。总体来看，我国ADS研究已开始从基础研究阶段过渡到工程实施阶段，并保持了与世界主流ADS研发国家相同的发展步伐。相信ADANES的未来发展将对确保我国核裂变能的长期可持续发展产生重大影响。

审核专家

1957年毕业于北京大学物理系，曾任中国科学院现代物理研究所所长、兰州分院院长、兰州重离子加速器国家实验室主任。主要从事核物理和加速器物理研究，曾获国家科技进步一等奖、中国科学院科技进步一等奖、二等奖等。

专家评论

ADS嬗变能力强，中子经济性好，系统安全性好，不仅在嬗变核废料方面具有不可替代的优势，而且具有培育核燃料、利用钍作为发电燃料的潜力，是国际公认的利用嬗变安全处置长寿命核废料的最有前途的技术途径。ADS试点项目启动以来，在超导质子直线加速器、重金属散裂靶、亚临界反应堆和核能材料等方面的研究取得了重要进展和突破，部分关键技术达到国际领先或先进水平。创新的ADANES计划有望成为超越国际第四代反应堆技术的先进核能系统概念。

审核专家

Waclaw Gudowski是瑞典皇家工程科学院院士，也是欧盟地中海艺术与科学学院的教授。他的研究兴趣包括中子和反应堆物理、核废料嬗变、加速器驱动的嬗变系统、先进反应堆、第四代反应堆和核废料处理。