加速器驱动的洁净核能系统国际研究进展.pdf

第14卷第2期Vol114,No12
1997年6月NuclearPhysicsReviewJune,1997

核能与核数据库

加速器驱动的洁净核能系统国际研究进展X

赵志祥
(中国原子能科学研究院北京102413)

摘要简述了加速器驱动的洁净核能系统的概念,评论了国际上几个重要研究计划的状况和进展,对我国开
展相关的研究提出了建议1
关键词加速器次临界反应堆洁净核能
分类号TL43

1常规裂变核能的问题及加速器驱动进行后处理和铀2钚多次循环),铀资源的利
的洁净核能系统用率只能达到1.5%,若计各种损耗,则一般
只能利用1%左右;(2)产生大量的半衰期为
根据IAEA的统计截至1994年底,世界百万年的长寿命放射性废物;(3)由于美国三
上核电约占总发电量的23116%,世界主要国里岛事故和前苏联切尔诺贝利事故,造成了
家的核电份额分别为:法国75.29%,比利时公众对“核”的恐惧和世界范围的反核浪潮;
55177%,瑞典51.13%,瑞士36.84%,韩国(4)反应堆运行过程中可产生239Pu、237Np和
西班牙日本德国241,243
35.48%,34.97%,30.70%,Am,这些同位素可用于军事目的,有核
29.33%,英国25.79%,美国21.98%,俄罗斯扩散危险.在上述这些问题中,(1)和(2)是常
11.39%.我国核电的比例还比较小,仅为规核能本身的问题,而(3)和(4)实际是社会
1.49%.我国能源体系的特点是以燃煤为主,问题和政治问题.
约占一次能源消耗量的3ö4,这造成了严重的中能加速器驱动的次临界反应堆(本文
环境污染和运输压力,由于煤炭利用中SO2、称之为“放射性洁净核能系统”,即RCNPS)
NO2的排放,还会影响全球的气候.有关专家可以在很大程度上解决上述问题.RCNPS的
预测,到下世纪中,煤、气等常规能源将不能主要物理基础是:
满足我国快速发展的经济对能源的需求,其流强为10～100mA的中能加速器产生
缺口将达到20%.这个缺口只能用核能来补～1GeV的质子轰击重元素靶(Pb、Bi、U、
充.因而,在下个世纪,核能应该成为我国重Th等),通过散裂反应每个质子可产生约30
要的补充能源.～40个中子.这种散裂中子源每个中子仅消
从70年代开始,世界上核电站的建设速耗约25～30MeV的能量.散裂中子源提供
度开始放慢,近年来甚至呈停滞状态.核能建的中子作为外源,注入一个由燃料组件、慢化
设正遇到挑战.剂、冷却剂和结构材料等构成的次临界装置

目前现有的核电站均为热中子裂变堆(其kejj<I),经过中子的倍增,形成稳定中子
型,本文称之为常规核能.这种核能系统面临通量,在次临界装置中增殖裂变材料、通过裂
着的问题主要有:变输出能量、嬗变长寿命放射性废物、处置武
(1)它主要消耗天然丰度仅为0.72%的器钚等.
235U,资源利用率差.在最理想的情况下(即与常规核能装置相比,RCNPS具有下述

X1997203230收稿.

原子核物理评论
·221·原子核物理评论第14卷

优点:(1)RCNPS可通过燃料的自增殖烧238U～60年代就有人提出,但限于当时的加速器
或232Th,从而可以提高资源利用率几十倍.技术水平,这一思想难于实现.80年代末～90
且可以一次投料、长期运行;(2)较低的放射年代初,随着加速器技术水平的提高,随着常
性废物水平,降低了放射性废物深埋储存的规核能装置本身的问题越来越突出,对加速
长期风险,且具有嬗变能力(Pu及MA可作器驱动的次临界堆的研究逐渐形成国际研究
次级燃料),简化了后处理化工流程;(3)具有热点.召开了一系列国际会议.1996年6月在
固有安全性,即减少对工程安全设施和操作瑞典召开的第二次加速器驱动的嬗变技术及
人员人为干预的依赖;(4)系统的前端和末端其应用国际会议汇集了来自24个国家的207
不会产生武器级的核材料,有防核扩散能力.名代表.会议参加者的学术和工作背景非常
此外还必须指出,RCNPS可以大量利用宽,涉及了核物理、加速器、堆工、核化学、材
现有核工业的成熟技术在聚变能可实际利
,料等领域,还有一部分代表来自政府机构、国
用之前,就能形成规模,并在能源构成中占相
际组织和大型工业集团.各主要工业国家都
当比例,即有技术上的可实现性.
开展了这方面的研究.
2国际上重要研究计划进展美国的ATW计划、日本的OMEGA计
划和欧洲的能量放大器(EA)计划的情况,在
将加速器引入核能体系这一思想早在50简表中给出.

国外重要研究计划简表

计划名称ö国别ATWö美国OMEGAö日本EAö欧洲

次临界装置的堆型和能谱熔盐堆热中子固体组件快中子熔盐堆快中子因体组件快中子

中子通量önõs-1õcm210165×10