中国的核能技术发展到什么水平了？随着我科技的快速发展，我国的清洁能源领域已经发生了翻天覆地的变化。我们不紧不慢地推进着核电站的建设，力求安全高效地进入清洁能源时代。而要想核能做到完全“清洁”，核废料处理技术的发展也是重中之重。

2016年，中国科学院近代物理研究所研制的“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”超导直子加速器注入器Ⅱ原型机研制取得重大进展。在此技术的支持下，我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，标志着我国在此领域已达到国际先进水平。这项技术一出现，日本就想买下了，开价3000亿美元，美国更是开出6000亿美元的高价想将此项技术买下，但均被我国一一回绝。究竟是怎样的技术能让美国日本自愿掏腰包？

ADS嬗变系统是啥？

ADS是加速器驱动次临界洁净核能系统（Accelerator Driven Sub-critical System）的简称。这个系统具有强大的嬗变能力，安全性高，中子经济性好。不但能提高核燃料的利用效率，也能增殖核燃料和利用钍作为燃料发电，最重要的是，它在嬗变核废料方面有其他系统难以替代的优势。

ADS嬗变系统由质子直线加速器、重金属散裂靶、次领界反应堆、平台及配套设施五个部分组成。工作原理是，利用加速器产生高能强流质子束，用质子束轰击重核，产生宽能谱和高通量中子作为外源，驱动次领界堆芯中的裂变材料，促使裂变材料发生持续的链式反应。使得长寿命的放射性核素最终变为非放射性或短寿命的核素，维持反应堆运行。

强流高功率离子束是核工业的尖端技术，是各个发达国家争先抢占的技术高地。这项技术被我国突破，无疑是先人一步卡住了别人的脖子。

ADS嬗变系统

启明星Ⅱ号

启明星Ⅱ号全称为铅基核反应堆零功率装置，ADS嬗变系统就是运用于启明星Ⅱ号中。启明星Ⅱ号运用于核电站中，不但能将核燃料的使用效率提高到95%，还能对核燃料消耗完成后产生的核废料再次回收利用。该装置中的铅基中含有铅冷质，可以让核废料失去放射性，也可以将核发力释放的能量再转化为电能。

这个装置厉害在哪里呢？目前，世界上所有拥有核电站的国家最常用的处理核废料的方式就是掩埋和储存。中国、英国、法国等国家都是采用处理后陆地掩埋的方式；美国日本则是将所有核废料储存起来，等待日后继续研究。而启明星Ⅱ号则可以将核废料回收再利用，不但缓解了核燃料短缺的问题，也初步解决了核废料的处理问题。

核废料没有那么“废”

核废料就是进行核工业活动时，核燃料燃烧产生的放射性废料，但从专业的角度来说，核废料还不是完全的“废”，燃烧过后会变成乏燃料。乏燃料是什么呢？核电站所用的燃料是二氧化铀，主要成分是3%~5%的铀235。燃料燃烧一段时间后，铀235含量减少，含量降到1%时就不能再提供能量，链式反应也无法继续进行，这时就需要将核燃料从反应堆中拿出来。拿出来的这些东西就是核废料，核工业领域称它为乏燃料。总的来说，核废料就是不能继续在反应堆里燃烧，继续提供能量，经济性、稳定性和可靠性都不够强的燃料。

乏燃料容器

核废料为何还能回收利用

核燃料在燃烧反应前只有二氧化铀，燃烧反应后会通过裂变产生50多种新元素，这些元素几乎占据了一半的元素周期表，同位素多达上百种。例如氦氖等惰性气体元素、 镧铈等稀土元素、铀钚等放射性元素。但是乏燃料中95%的物质依然是铀，将乏燃料回收后，再从中提取铀235做成新燃料。

为什么要回收核废料

• 循环利用铀资源

乏燃料中虽然只含有1%的铀235，但要知道，天然铀矿中的铀235含量只占0.7%，其他99.3%是铀238，所以获得天然铀矿后要经过提取才能获得核燃料。平均每吨地壳物质中含有2.5克铀，如果每次使用后的乏燃料都只经过简单处理掩埋的话，地球上的铀资源只够人类用几十年。

铀235

• 减少环境污染

乏燃料提取过后，会剔除其中的反射性元素，减小核废料的体积，也减少了核废料对环境产生的潜在威胁。

• 提取可用元素

乏燃料中95%是二氧化铀、1%是增殖产物钚239、4%~5%的裂变产物。裂变产物中有一部分锕系元素可以另作他用（锕系元素：元素周期表中原子序数为89~103区间的元素）。比如镎237，可以用来做核电池，进行火星探测的“天问一号”由于无法利用太阳能发电，就需要用到这种核电池。

（核电池）

核废料回收利用的难度有多大

核废料回收后要将通过化学分离法将各个元素分离出来，分离后会产生大量的化学废液，废液中就含有放射性物质，但是液体在环境中会很容易扩散，所以要将废液制成固化体。现在最常用的方式是玻璃固化，做成屏障后就能保证放射性核素无法在环境中迁移。

而分离的过程也很困难，因为每种材料的溶解度不同，将所需物质从废料里分解出来就像是在沙漠里淘金。所以无论是分离使用的萃取液，还是相关的化工设备，制造起来都很难。所以可以说，核废料回收处理是人类目前所知的最复杂，最具有挑战性的化工分离工艺。

启明星Ⅱ号设备就是利用核电站的核废料来做燃料发电，同时还能降低核废料的污染，降低核废料后续处理的难度，可见它的含金量有多高。

固化核废料

我国于2005年就建成了启明星Ⅰ号，但只是一个基础研究装置，而且当时互联网不发达，知道的人还很少。2019年，启明星Ⅲ号在中国原子能科学研究院实现首次临界，并正式启动铅铋快堆芯特性物理实验。

相比启明星Ⅱ号使用的铅堆，铅铋快堆可以在较低的温度下运行。而且中子经济性优良，不仅能提高资源利用率，也更利于预防扩散。可以用于千万级的大型电场、深海空间站、海上石油开采平台、偏远地区能源供给等。启明星Ⅲ号已经进入工程化阶段，也意味着我国在铅铋快堆研发领域已走在国际前列。