2月26日，廣東惠州，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——加速器驅(qū)動嬗變研究裝置（CiADS）建設(shè)現(xiàn)場，中國科學院近代物理研究所副所長何源和團隊正緊鑼密鼓地安裝強流質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器，全力保障加速器驅(qū)動次臨界裝置（ADS）研發(fā)按節(jié)點推進。這是一條新一代核能技術(shù)路徑，旨在解決核能安全、綠色、千年供給問題。

　原創(chuàng)技術(shù) 破解核能發(fā)展瓶頸

　　何源所說的強流質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器，是ADS的核心，也是破解當前核能發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵。

　　“ADS利用加速器提供的高能強流質(zhì)子束轟擊重原子核產(chǎn)生的高通量廣譜散裂中子，驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆運行。”何源介紹，“這些中子一方面維持反應(yīng)堆持續(xù)發(fā)電并增殖新燃料，另一方面將核廢料中長壽命、高放射性的核素‘嬗變’為短壽命、低放射性或穩(wěn)定的核素，實現(xiàn)核廢料的轉(zhuǎn)化與資源化。這是國際公認的核燃料增殖與核廢料處理的理想途徑。”然而，由于技術(shù)難度極高，全球范圍內(nèi)尚未有ADS裝置建成。

　　2011年，中國科學院近代物理研究所原創(chuàng)性地提出了“加速器驅(qū)動先進核能系統(tǒng)”。十年磨一劍，2021年，他們成功研制出ADS超導(dǎo)直線加速器樣機（設(shè)計能量20兆電子伏特），并在國際上首次實現(xiàn)10毫安連續(xù)波質(zhì)子束加速和百千瓦、百小時穩(wěn)定運行。這也是自20世紀80年代現(xiàn)代ADS概念提出以來，超導(dǎo)直線加速器流強首次達到可工業(yè)化應(yīng)用的指標。同年，CiADS在惠州開工建設(shè)。

　　“現(xiàn)在是強流質(zhì)子超導(dǎo)直線加速器安裝的關(guān)鍵期。當技術(shù)難題逐一攻克后，絕對嚴苛的質(zhì)量控制成為工程成敗的生命線。”何源說，“我們拒絕‘經(jīng)驗主義’，堅持嚴控每一步流程。任何未達標的組件一旦安裝進裝置中，便再無機會補救。因此，上百道工序，均須在源頭杜絕任何出錯。”

　　精密裝配 匠心打造大國重器

　　何源帶著科技日報記者乘坐電梯深入地下13米，抵達加速器隧道。在這里，全球首臺兆瓦級加速器驅(qū)動次臨界裝置正從藍圖變?yōu)楝F(xiàn)實。

　　看似樸實無華的各種“管道”和精密部件，其中大有乾坤。“加速器每秒鐘可將超過3億億個質(zhì)子加速至光速的0.8倍，轟擊液態(tài)鉛鉍合金，產(chǎn)生出海量中子，進而把鈾-238轉(zhuǎn)變成新的核燃料钚-239，變‘廢’為寶。”何源說，“在這里，我們要安裝5種類型的超導(dǎo)加速單元，目前已完成其中的兩種。今年要在6個月內(nèi)完成全部32臺超導(dǎo)加速單元的總裝任務(wù)，將面臨最高8臺并行建造的極端挑戰(zhàn)。”

　　離開加速器隧道，記者來到潔凈車間，身穿潔凈服的科研人員正進行極致潔凈的精密裝配。超導(dǎo)加速腔和超導(dǎo)磁鐵在安裝之前，需經(jīng)歷多道工序，表面清潔度達到“純凈”標準：化學刻蝕、電化學拋光、超聲清洗、100個大氣壓的超純水沖洗，最后在比ICU（重癥監(jiān)護室）還要潔凈百倍、千倍的超凈間進行裝配。

　　“即便這樣，為防止氣流擾動卷起微塵，安裝人員的操作速度得像電影里的慢動作，還得用高純氮氣吹掃每一個零部件。”何源笑著說，“我們沒有驚心動魄的大場面，就是跟‘灰塵’這種小事死磕，把涉及物理過程的每一個工程細節(jié)都摸透，只有這樣，才能‘于無聲處聽驚雷’。”

　　預(yù)計到2027年，CiADS將建成全球首個兆瓦級加速器驅(qū)動次臨界裝置，使我國率先全面掌握加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成和運行經(jīng)驗。在滿足國家重大戰(zhàn)略需求的同時，該大科學裝置也強力帶動了當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展。它吸引了多家粵企參與超導(dǎo)腔、精密磁鐵、電子學設(shè)備、核能裝備的制造，形成了本地供應(yīng)鏈，為粵港澳大灣區(qū)打造國際一流的核能產(chǎn)業(yè)高地提供了核心支撐。

　　何源自信地說，裝置可將鈾燃料的利用率提高百倍，并將核廢料的壽命縮短至千分之一以下，有望使核能成為綠色、安全、穩(wěn)定的千年能源，支撐未來人類社會對能源日益增長的需求。

來源：科技日報 3.07