2016年，中国科学院近代物理研究所在超导直线加速器II.样机研制方面取得重大进展。在该技术的支持下，我国首个铅基核反应堆零功率装置“七星二号”首次达到临界状态，标志着我国在该领域达到了国际先进水平。这项技术一出现，日本就想买，出价3000亿美元，美国甚至出价6000亿美元购买这项技术，但中国一个个拒绝了。什么样的技术会让美国和日本自愿为此买单？

什么是ADS嬗变系统？

ADS是加速器驱动的亚临界核能系统的缩写。该系统嬗变能力强，安全性高，中子经济性好。它不仅可以提高核燃料的利用效率，还可以培育核燃料，利用钍作为燃料发电，最重要的是，它具有转化核废料的优点，这是其他系统难以替代的。

ADS嬗变系统由质子直线加速器、重金属散裂靶、地下反应堆、平台及配套设施五部分组成。其工作原理是利用加速器产生高能大电流的质子束，用质子束轰击重核，产生宽能谱和高通量中子作为外源，驱动亚地核中的裂变材料，促进裂变材料的连续连锁反应。这使得长寿命的放射性核素最终成为非放射性或短寿命的核素，以维持反应堆的运行。

强电流大功率离子束是核工业的前沿技术，是各个发达国家争相占领的技术高地。这项技术被我国突破了，无疑比别人领先一步，卡住了别人的脖子。

ADS嬗变系统

启明星二期

启明星二号的全称是铅基核反应堆的零功率机组，启明星二号采用ADS嬗变系统。启明星二期用于核电站，不仅可以将核燃料使用效率提高到95%，还可以回收核燃料消耗完成后产生的核废料。装置中的铅基含有铅冷却，可以使核废料具有放射性，还可以将核力释放的能量转化为电能。

这个设备有什么强大之处？目前，世界上所有拥有核电站的国家处理核废料最常见的方法是掩埋和储存。中国、英国、法国等国家都采用了后处理后土葬的方法;美国和日本正在储存所有核废料，并等待日后进一步研究。另一方面，启明星二号可以回收核废料，不仅缓解了核燃料短缺的问题，而且初步解决了核废料处理问题。

核废料不是那么“废物”。

核废料是核工业活动期间核燃料燃烧产生的放射性废料，但从专业角度来看，核废料并不完全是“废物”，燃烧后会成为乏燃料。什么是乏燃料？核电站使用的燃料为二氧化铀，主要成分为3%~5%的铀-235。燃料燃烧一段时间后，铀-235含量降低，当含量下降到1%时，就不能再提供能量，连锁反应无法继续，因此需要将核燃料从反应堆中取出。这是核废料，核工业称之为乏燃料。一般来说，核废料是不能继续在反应堆中燃烧并继续提供能量的燃料，不够经济、稳定和可靠。

乏燃料容器

为什么核废料仍然可以回收利用

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，几乎占据了元素周期表的一半，有数百种同位素。例如，惰性气体元素，如氦氖，稀土元素，如镧和铈，以及放射性元素，如铀钚。然而，95%的乏燃料仍然是铀，乏燃料回收后，从中提取铀-235制成新燃料。

为什么要回收核废料

虽然乏燃料中只含有1%的铀-235，但要知道天然铀矿石中铀-235的含量仅占0.7%，另外99.3%是铀-238，所以在获得天然铀矿石后，必须提取才能获得核燃料。平均每吨地壳材料含有2.5克铀，如果乏燃料在每次使用后都经过简单的处理和掩埋，地球上的铀资源只能持续几十年。

铀-235

乏燃料提取后，其中的反射元素被去除，减少了核废料的体积，减少了对环境的潜在威胁。

乏燃料95%为二氧化铀，1%为增殖产物钚-239,4%~5%为裂变产物。裂变产物中的一些锕系元素可用于其他目的（锕系元素：元素周期表中原子序数在89~103范围内的元素）。例如，镎-237可以用作核电池，这是火星探测的“天问一号”所必需的，因为它不能利用太阳能发电。

回收核废料有多难

核废料回收后，通过化学分离分离元素，分离后会产生大量的化学废料，废液中会含有放射性物质，但液中易扩散到环境中，因此应将废液制成固化体。当今最常用的方法是玻璃化，它创造了一个屏障，以确保放射性核素不会在环境中迁移。

分离过程也很困难，因为每种材料都有不同的溶解度，从废物中分解所需的物质就像在沙漠中淘金一样。因此，无论是用于分离的萃取器，还是相关的化学设备，都难以制造。因此，可以说核废料回收处理是人类已知的最复杂、最具挑战性的化学分离过程。

启明星二号设备利用核电站的核废料发电，同时还可以减少核废料的污染，降低核废料后续处理的难度，可见其含金量有多高。

核废料的固化

2005年，中国制造了启明星一号，但当时只是一个基础研究设备，当时互联网还没有发展起来，很少有人知道它。2019年，七星三号在中国原子能研究院首次达到临界状态，正式启动铅铋快芯特性物理实验。

与启明星二号使用的铅堆相比，铅铋快堆可以在较低的温度下运行。而且，中子经济性极好，不仅可以提高资源利用率，还有助于防止扩散。可用于数千万大型电场、深海空间站、海上石油勘探平台、偏远地区能源供应等。启明星三号已经进入工程阶段，这也意味着中国在铅铋快堆研发领域已经走在了世界前列。