FIE《能源前沿》专题文章：中国加速器驱动嬗变研究装置铅铋冷却反应堆最新研究进展

  近十年来，中国加速器驱动次临界系统（ADS）的发展取得了重大进步。随着ADS超导直线加速器国际样机、铅基临界/次临界零功率装置VENUS-II和LBE（铅铋）冷却剂综合热工水力与材料测试装置的成功建造和运行，中国在迈向下一步ADS项目的先进稳定运行中发挥着关键作用。中国加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）是中国ADS项目的下一个装置，旨在弥补ADS实验和LBE冷却次临界反应堆之间的差距。CiADS的总功率将达到10MW。CiADS工程设计于2018年获得国家批复后，已全方面进入工程应用阶段。次临界反应堆是CiADS的重要组成部分。当前，CiADS选用池式LBE冷却快堆作为其次临界反应堆。为支撑CiADS-LBE冷却次临界反应堆的设计和建造，同时进行了LBE冷却剂的物理和热工实验及软件开发。为进一步设计和开发ADS提供一定的数据支撑和参考，有必要介绍中国在LBE冷却快堆方面所做的努力。因此，本文介绍了中国ADS的发展路线、CiADS的发展过程、当前CiADS次临界反应堆的重要设计以及为建设LBE冷却快堆所做的努力。

  随着化石燃料的大量开采和使用，化石能源短缺和环境污染已成为21世纪人类面临的两个重要问题。发展绿色能源已变成全球各国的当务之急。核能因其具有高效、可靠和低碳排放等优点，被认为是解决未来能源供应和保障经济社会可持续发展的战略选择。但是，在确保核电可持续发展的同时，一定要解决两大问题：核燃料资源的稳定可靠供应和乏燃料的安全处置。20世纪90年代，为解决乏燃料安全处置问题，“分离-嬗变”式先进核燃料循环概念被提出。即加速器驱动次临界系统（ADS）利用加速器产生的高能质子束流轰击重原子核，产生高通量、广谱的散裂中子，进而驱动次临界反应堆将长寿命放射性核素转化为短寿命或稳定的核素。ADS被认为是未来最有希望解决次要锕系元素（MAs）安全处置问题的嬗变设施。自ADS概念被提出以后，国内外开展了大量的ADS技术探讨研究。然而，完整的ADS装置至今还没建成。中国加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）致力于建成完整的实验和验证性ADS装置。因此，有必要介绍中国在ADS技术和LBE冷却快堆方面所做的努力。本文介绍了中国ADS的发展路线、CiADS的发展过程、当前CiADS次临界反应堆的重要设计以及为建设LBE冷却快堆所做的努力，可为进一步设计和开发ADS提供一定的数据支撑和实践参考。

  我国从上世纪90年代中期开始研究ADS技术，近十年来ADS的发展取得了重大进步。随着超导质子直线加速器、VENUS-II装置和LBE冷却剂综合实验装置的成功建设和运行，我国在下一步ADS项目的先进稳态运行中起着举足轻重的作用。中国科学院已经为中国ADS的发展制定了明确的路线图。中国加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）项目是中国ADS技术发展的第一阶段。总功率为10MW的CiADS项目于2018年获中国政府批准在广东惠州开工建设，预计于2024年完工，当前CiADS的概念设计已经完成。

  次临界堆是CiADS的重要组成部分。目前，池式LBE冷却快堆被选为CiADS次临界反应堆的首选类型。52盒格架定位的燃料组件将提供约9.76兆瓦的热能。为了尽最大可能避免热交换器管道破口（HXTR）事故的风险，采用熔盐作为二次侧的冷却剂以带走堆芯热量。

  目前，基于LBE-熔盐冷却的池式CiADS次临界堆的初步设计已完成，并进入原型样机制造阶段。中国科学院近代物理研究所领导的详细工程设计正在进行，以填补CiADS次临界反应堆建设和运行方面的空白。为支撑CiADS次临界反应堆的优化设计，中子学分析程序、堆芯燃耗计算程序、LBE冷却剂三维热工水力分析程序、系统安全分析程序和燃料性能分析程序等仿真软件已经或正在开发。许多物理及热工的实验正在多个实验平台上进行，如铅铋实验回路STELA、LBE冷却剂标定平台、PIV燃料组件流体实验室、Venus-I和Venus-II，为软件开发提供较为可靠的验证数据。为积累CiADS次临界堆的建造和运行经验，小型集成验证装置和LBE综合实验回路正在设计和建造。

  希望本文提出的有关数据和设计思路能为LBE冷却次临界堆设计提供一定的参考。

  在中国ADS先导专项的支持下，中国ADS的LBE冷却反应堆关键技术取得了重大突破，包括LBE热工水力综合实验装置、零功率装置以及LBE腐蚀的材料协同效应和辐照实验装置等。这些科学基础设施为中国ADS的LBE冷却反应堆技术做出了卓越贡献。然而，仍然需要更加多的研究和开发工作来支持CiADS-LBE次临界反应堆的建设和验证。由中国科学院近代物理研究所领导的未来科学与技术探讨研究将集中在物理、热工、燃料、结构等领域内的设计软件开发、实验验证、核安全验证和集成系统性能测试等方面。

  Frontiers in Energy （SCI，2020 IF 2.709）)于2007年创刊，是全英文能源领域综合性学术期刊。主编是翁史烈院士、倪维斗院士、苏义脑院士和彭苏萍院士。执行主编是上海交通大学黄震院士。出版能源领域原创研究论文、综述、科学快报、专题论文等。关切可再次生产的能源、未来能源、超常规能源、2030能源、微/纳米能源、能源与环境等全球能源的重大挑战问题。

  涉及领域包括（不限于）：先进的能源材料，储能与应用，氢能与燃料电池，CO2捕集、封存和利用，太阳能和光伏系统，生物燃料和生物能源，地热能，风能，地热能，潮汐能，核能，传热传质技术，能源与环境，建筑节能及能源经济政策等。

  由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，于2006年正式创刊，以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题，是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群，其中13种被SCI收录，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录，具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式，保证文章以最快速度发表。

  高等教育出版社入选“中国科技期刊卓越行动计划”集群化项目。Frontier系列期刊中：13种被SCI收录；1种被A&HCI收录；6种被Ei收录；2种被MEDLINE收录；11种中国科技核心期刊；16种被CSCD收录。

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