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至真探索 · 核应用物理

ADS 中试化的四本工程账:CiADS 与 MYRRHA 走到哪一步了

2026-10-02

先说为什么写这一篇

核废料嬗变这门技术,物理原理早就清楚了。真正卡住它的,不是"能不能做",是"能不能连续做二十年不出岔子"。

中国在广东惠州建的 CiADS,比利时在 Mol 建的 MYRRHA,是全世界仅有的两个把这件事推到了"中试"——不是实验室里的一台样机,是一座要真正装起管子、通上电、报进国家许可系统的装置。两家的进度不一样,遇到的难处不一样,账也不同。

这一篇不讲嬗变的原理(那是另一篇文章的事),也不讲聚变裂变混合堆(那是第三篇)。这一篇只算四本账:

  1. 加速器能不能连续稳定出束(可靠性账)
  2. 靶和堆能不能长期耦合着跑(材料与热工账)
  3. 许可与核材料衡算能不能立起来(监管账)
  4. 燃料循环什么时候才谈得上"闭环"(时间账)

先说一句要紧的:网上流传的"k_eff 在 0.75 到 0.97 之间"这个区间,是把三四个不同来源的数字缝在了一起。这个缝法不对,第 6 节专门拆。另外,网上说 CiADS 的 keff 是 0.75 的,只找到一篇 IEEE 综述这一个出处,与其余所有中英文来源差了一个数量级。

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一 先把两个装置认清楚,别混

这是最容易出错的地方。CiADS 和 MYRRHA 都是 ADS,但不是一个量级的东西,数字也不能互相套。

CiADS(中国加速器驱动嬗变研究装置)

  • 谁建的:中国科学院近代物理研究所(IMP,兰州)是法人单位;中国核工业集团有限公司部分出资参与建设,中国原子能科学研究院(CIAE)是参建单位。这是 CiADS 官网"进展大事记"里明确写的。
  • 在哪:广东省惠州市惠东县稔平半岛,与 HIAF(强流重离子加速器装置)毗邻。
  • 装置构成:超导直线加速器 + 高功率散裂靶 + 次临界反应堆,加五个实验终端。
  • 官方公布的工程目标:全系统热功率 10 MW,其中束流功率约 2.5 MW、次临界堆芯/包层热功率约 7.5 MW;可实现单次大于 24 小时满功率耦合运行。
  • 加速器:直线加速段总长约 350 米。质子束流能量 500 MeV、束流强度 5 mA、束流功率 2.5 MW。
  • 散裂靶:紧凑型液态铅铋有窗靶,与反应堆耦合,设计可承受束流功率 2.5 MW;由靶体、器靶耦合系统、更换靶窗的遥操维护系统组成。同时在实验终端验证颗粒流靶方案(英文叫 gravity-driven dense granular target,重力驱动密颗粒靶)作为未来工业级 ADS 的技术储备。
  • 次临界堆:液态铅铋冷却,池式主容器,堆顶盖留散裂靶通道,主容器在结构上同时实现与散裂靶的耦合和实体隔离;采用非能动余热导出热交换系统。

有个小地方值得注意:CiADS 英文官网写的是加速器"提供 250 MeV 能量的质子、2.5 MW 功率",还写着"预留了升级到 1.5 GeV 的空间"。250 MeV 是早期口径(设计输出束流能量大于 250 MeV),现在是 500 MeV。同一个装置的三代设计参数在同一批官方材料里并存,这不是笔误,是设计路线的演化痕迹。

MYRRHA(比利时)

  • 谁建的:SCK CEN(比利时核研究中心,Mol);实施主体是 Myrrha INPO(国际非营利组织)。总经理 Hamid Aït Abderrahim。
  • 全称:Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications(多用途混合研究堆)。
  • 终极形态:600 MeV、4 mA、2.4 MW 质子束,驱动一座铅铋共晶(LBE)冷却的次临界快堆,最大热功率 100 MW。
  • 三阶段:
  • Phase 1 = MINERVA:100 MeV 直线加速器 + 实验站。官方时间表是 2026 年完成,WNA 写的是 2027 年调试。
  • Phase 2:把 100 MeV 加速器延伸到 600 MeV,届时直线加速器长约 400 米。2033 年完成。
  • Phase 3:建反应堆,2036 年调试。
  • 钱:总预算 16 亿欧元。2018 年 9 月 7 日比利时联邦政府决定上马,承诺投 5.58 亿欧元(覆盖 Phase 1 的基础设施与运营,含为 Phase 2 做准备的 R&D 和次临界堆的预许可)。
  • 一个关键程序:IAEA《国家核电概况》比利时篇明确写着「关于 Phase 2 和 Phase 3 的决定将于 2026 年作出」。也就是说 MYRRHA 的后两期到现在还没有拿到最终的政治承诺。

两家的次临界度不是一回事

CiADS 的设计值是 keff ≈ 0.975(下面第二节给原文)。MYRRHA 自己的口径是 keff = 0.95。JAEA 的 ADS 设计是 keff = 0.97。

这三个数说的是三座不同的堆,不能互相引用。把 MYRRHA 的 0.95 说成 CiADS 的,或者反过来,都是错的。

顺手排掉一个容易混的:CLEAR 不是 CiADS

中文材料里经常出现"中国 ADS 的反应堆是 CLEAR-I"这种说法。这句话在 2016 年前后是对的,现在容易误导。

CLEAR 系列(麒麟)出自中国科学院核能安全技术研究所的 FDS 团队(合肥),代表作是 *Engineering* 2016 年那篇《中国 ADS 铅基反应堆设计与研发进展》。他们的 CLEAR-I 是 10 MW 铅基研究堆,临界与次临界双模式运行,86 盒燃料组件,活性区高 800 mm、直径 1230 mm,每盒 61 根燃料棒,8 根控制棒。

CiADS 的反应堆出自近代物理研究所牵头、原子能科学研究院参建的这条线,在惠州,池式,52 盒(后有 69 盒口径)。

两条线都属中科院系统,都叫"铅基堆",但不是同一个装置,也不是同一个所。混起来写就会出错。

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二 第一本账:束流能不能连续稳定出束

这是整个 ADS 最硬的一关,也是"瓶颈从物理转向工程"最直接的证据。

为什么跳束这么要命

次临界堆靠外部中子源撑着,加速器一停,中子源就断了。中子源一断,堆芯功率几秒钟内往下掉;等加速器恢复,功率又得从低往上爬回来。这个"上下坡"会给燃料包壳、换热器管子、堆内筒反复施加温度循环。金属怕的不是高温,是反复的温度循环——热疲劳。

所以 ADS 对加速器的要求,不是"束流要多强",而是"一年能停几次、每次停多久"。

MYRRHA 的要求:250 小时

MYRRHA 的规格是:平均无故障时间(MTBF)至少 250 小时。这里"故障"的定义很具体——跳束超过 3 秒。合起来的意思是:3 个月的一个运行周期内,跳束超过 3 秒的次数不超过 10 次。

这个指标不是拍脑袋定的。它是从法国 PHENIX 快堆的实运行经验倒推出来的,而且比最早那一版已经放宽了——因为 MYRRHA 的大铅铋池热惯性大,短时间掉功率不至于立刻造成损伤。

现在的加速器是什么水平

这是本篇最扎心的一组对比:

  • PSI(保罗谢勒研究所)2009 年的 MTBF 约 1 小时
  • ESRF(欧洲同步辐射装置)2006 年的 MTBF 大于 60 小时

也就是说,当年世界上最好的两台连续波加速器,可靠性比 ADS 的要求低一到两个数量级。

这不是"再优化优化就行"的差距。这是要求做一台比现有最好水平再高一百倍的机器,而且要连续跑二十年。

各家的跳束谱

同一件事,各家定的门槛不同,因为堆型、燃料、热工裕量都不同:

装置跳束门槛换算成频率
MYRRHA3 个月 ≤ 10 次超过 3 秒MTBF > 250 小时
JAEA-ADS按超过 5 分钟定义MTBF 约 172 小时
JAEA/KEK 热瞬态分析—可接受频率 43 ~ 2.5×10⁴ 次/年
CiADS 终期基线设计—<25000 次/年(1–10 s);<2500 次/年(10 s–5 min);<25 次/年(>5 min)
0.5 GWth 工业嬗变器(CERN 报告推算)—800 MeV、20 mA、每年少于 3 次跳束

这里有个特别值得注意的数字:JAEA/KEK 的热瞬态分析(Takei、Nishihara、Tsujimoto 等)算出,为了保持电厂可用率 70%,可接受的跳束频率范围是每年 43 到 25000 次——跨度快三个数量级,全看跳束时长。结论是:10 秒以内的跳束,频率在可接受范围内;但超过 5 分钟的跳束必须降到大约 1/35。

美国 DOE 的白皮书(Finding #6)说得更直白:商用发电允许的跳束率是"每年几次长中断";而嬗变任务允许的跳束率落在"每年数千次、时长大于 1 秒"这个范围内。

这句话把整件事翻了个面:对商用发电是灾难的跳束率,对嬗变来说是可接受的。因为嬗变堆不发电上网,不需要跟电网签供电可靠性合同,只需要保证材料不被热循环搞坏。指标一下子从"工程不可能"变成了"工程很难但可行"。

工程上怎么做到

思路不是"让设备永不坏",是"坏了也不停机"。

招数一:串行冗余(优先)。某个腔坏了,用它旁边相邻的腔重新调相位和幅度,把丢掉的加速量补回来,束流继续往下走。这一招跟模块化直接相关——腔越多、每个腔功率占比越小,单腔失效的后果越轻。

招数二:并行冗余。两个元件干一件事,坏一个还有一个。效果好,但成本翻倍,所以不是首选。

招数三:快速重调。上面两招都得靠软件在毫秒级算出新的参数组合。JAEA 为此开发了一个叫 LightWin 的工具,这个工具已经成功用在 MINERVA/MYRRHA 的直线加速器上,后来又被拿去改进 SPIRAL2 的运行。JAEA 自己的 ADS 直线加速器由 293 个超导腔构成,人工调是不可能调的。

超导直线加速器之所以是实现容错的前提,就是因为它每个 RF 腔独立可控——这是超导方案相对于常温方案的一个隐性优势,不太常被提到。

CiADS 眼下的真实场景

2026 年 2 月,何源在惠州现场接受《科技日报》采访,讲了眼下最头疼的事:

「在这里,我们要安装 5 种类型的超导加速单元,目前已完成其中的两种。今年要在 6 个月内完成全部 32 台超导加速单元的总装任务,将面临最高 8 台并行建造的极端挑战。这意味着,我们要完成从'单件艺术品'到'工业标准品'的跨越——如何在极限产能下,将技术突破的偶然,固化为每台性能一致的必然。」

他还带记者坐电梯下到地下 13 米的加速器隧道。慢化装配流程是:化学刻蚀 → 电化学抛光 → 超声清洗 → 100 个大气压的超纯水冲洗 → 在比 ICU 洁净百倍千倍的超净间里装配,还得用高纯氮气吹扫每一个零件。

为什么这么较真:强电场下一粒肉眼看不见的微尘就能引发打火,一个超导腔报废。而且「任何未达标的组件一旦安装进入装置中,便再无机会补救」。

这是可靠性账的真实成本形态——不是买最贵的设备,是把上百道工序的每一道都做成不可逆的关口。

一个容易忽略的进展

CiADS 有一条被反复引用但常被低估的记录:2021 年研制出 ADS 超导直线加速器样机(设计能量 20 MeV),国际上首次实现 10 mA 连续波质子束加速,以及百千瓦、百小时稳定运行。

翻译过来:自 1980 年代现代 ADS 概念提出以来,超导直线加速器的流强头一回达到可工业化应用的量级。这是从"能加速"到"能按工业要求连续加速"的跨越。

再加一条:CiADS 官网"进展大事记"记录,2026 年 5 月 26 日,040–160 MeV 质子加速器已装配完成并进入隧道。加速器是分段装的,这一段已经进洞了。

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三 第二本账:靶和堆能不能长期耦合着跑

束流有了,下一个问题是:这么强的束流打在液态铅铋上,管子能活多久?

铅铋这件事的两面

铅铋共晶(LBE)是 ADS 的好选择,理由很硬:

  • 中子吸收截面小、慢化能力弱,不"吃"中子
  • 熔点低沸点高,常压下就能运行,从原理上排除了冷却剂沸腾和高压失水事故
  • 载热和自然循环能力强,可以靠自然循环排余热
  • 化学稳定性高,不会起火爆炸

但它有个致命毛病:对钢铁的腐蚀性强。而且这个腐蚀不是均匀的,是"哪里流得快,哪里先烂"。

解法的核心是氧控

防腐蚀的办法不是镀层,是人为在铅铋里维持一个精确的氧浓度——让钢表面长出一层薄而致密的氧化保护膜,同时又不至于生成氧化铅残渣把管道堵死。

这个窗口很窄。CiADS 的具体设计值是:氧浓度 0.01 ppm。

支撑这个数字的是一整套氧传感器 + 气相氧控系统。两家的进展:

  • 近代物理研究所先进核能材料研究室(2023 年 6 月报道):用 Y₂O₃-ZrO₂(YSZ)、Bi₂O₃、Pt/Mo 做基本材料,自主研制出氧传感器,把 LBE 中的氧含量从饱和值分别控制到 logC₀(wt.%) = −4、−5、−6、−7、−8,最低达到 −12。与德国 KIT 的 Pt-air 氧传感器对比,实验温度范围更宽、测量精度更高。
  • 原子能科学研究院:研制了电化学氧传感器(氧化锆电解质)+ 气相控制系统,把 LBE 中的溶解氧维持在 10⁻⁴%–10⁻⁶%;并做出吨级固相氧控、"磁+深床过滤"腐蚀产物去除法、²¹⁰Po 纯化系统原型。
  • 中科院核能安全技术研究所的 KYLIN-II 回路:氧气浓度稳定控制在 10⁻⁸–10⁻⁶ wt%,氧传感器测量误差小于 ±5 mV,材料回路稳定运行超过 6000 小时。

「6000 小时」是个可以换算的数字——大约 8 个半月。腐蚀试验的时间尺度就是这么长的。

流速为什么定得这么低

CiADS 次临界堆的设计里有一组数字,乍看会让人以为设计出了问题:

  • 平均冷却剂流速 0.316 m/s
  • 最大冷却剂流速 0.355 m/s
  • 设计限值:最大冷却剂流速 < 2 m/s

也就是说,实际流速只有限值的不到五分之一。

*Front. Energy* 2021 那篇原文写得很清楚:「The maximum coolant flow velocity is 0.355 m/s, far below the flow velocity limitation of 2 m/s. Thus, it is certain that this design satisfies operation requirements.」

这是"余量充足",不是"卡在限制上"。中文二手材料里常把这两个数说成"接近极限",是读反了。真实含义是:设计者为了压住腐蚀速率,把流速主动降下来了,代价是换热效率——而换热余量又靠加大温差换回来了(一回路进口 280 °C、出口 380 °C,堆芯温差 100 °C)。

材料这条线的三本账

ADS 里同时要考核三种材料的兼容性:

材料用在哪谁在做
15-15Ti 奥氏体不锈钢CiADS 的燃料包壳和结构材料IMP 牵头
CLAM 钢(中国低活化马氏体钢)结构材料候选原子能科学研究院,与 ENEA(意大利)、PSI(瑞士)合作
316LN 不锈钢结构材料候选同上

CIAE 的腐蚀试验做到了什么程度:在流动铅铋中 550 °C 长期腐蚀试验,最长做到 10,000 小时——那是一年零两个月。这是与意大利 ENEA 和瑞士 PSI 合作完成的。

辐照损伤的两个上限

腐蚀之外还有辐照。日本原子能机构(JAEA)的研究给出了一组被广泛引用的上限:

  • 束窗材料:约 20 dpa(原子位移损伤单位)
  • 包壳材料:约 100 dpa

ADS 系统温度区间 350–550 °C。

这个数字为什么重要:束窗是薄薄一层金属,一边是高真空里的质子束,一边是流动的液态铅铋,同时承受辐照、腐蚀、热应力、压力四种载荷。它是整个装置里寿命最短的部件,必须定期换——所以才有了"更换靶窗的遥操维护系统"这一整套设计。

燃料组件的设计演化

CiADS 反应堆的燃料组件,中文文献里出现过三代不同的参数,这个后面第六节会集中讲。这里只说结论:最新一版是三代数里参数最"瘦"的——包壳外径从 13.1 mm 降到 9.7 mm,功率密度上去了,设计参数也随之更新。

对材料来说,包壳变薄、线功率密度提高,意味着包壳温度上限(<550 °C)这条线更吃紧。而 *Front. Energy Research* 那篇说得很直白:「the corrosion and erosion problems under the LBE environment are regarded as the most demanding issues」——铅铋环境下的腐蚀与冲蚀,被设计者们列为最苛刻的问题。

一个还没上场的招

MYRRHA 的 MINERVA 有两个靶站,其中满功率设施(FPF)是为了聚变堆材料研究用的,功率 400 kW;另一个 ISOL 系统(PTF)做同位素生产,降占空比运行,50 kW。

这一点值得单独说一句:ADS 的液态金属靶和聚变堆的液态金属包层(以及裂变快堆的铅冷回路)在材料问题上高度重叠。所以 MYRRHA 的 Phase 1 不只是"为 ADS 做准备的加速器",它同时是一条材料辐照平台。这也是它能在 Phase 2/3 还没定的时候继续拿到钱的原因之一。

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四 第三本账:许可与核材料衡算

这是四本账里最容易被忽略、但在中试阶段最要命的一本。

一座 ADS 不是"把三个东西拼起来"就完了。它要向国家监管机构证明:这套从未有人建过的系统是安全的;同时还要向国际保障监督体系证明:它不会顺手造出核武器。

CiADS 这边:安全设计准则提交了

CiADS 官网"进展大事记"上有一条 2026 年 5 月 26 日的记录,分量很重:

近日,由中国科学院近代物理研究所联合 CiADS 设计单位编制的《CiADS 安全设计准则》(SDC,Safety Design Criteria)已通过国家核安全局的形式审查,于 5 月 14 日正式提交国家核安全局、核与辐射安全中心开展审评。

为什么这条重要:ADS 没有现成的安全标准可套。传统压水堆的安全设计准则、纵深防御原则,都是围绕"堆芯可能超临界"这个基本假设建立的;而 ADS 的堆芯从原理上就不可能超临界。照搬会扭曲,另起炉灶又没有先例。

所以《CiADS 安全设计准则》要解决的是一个前置问题:"次临界系统"这件事,该用什么语言向监管者描述风险?

2025-05 的那条(次临界快中子反应堆含散裂靶初步设计专家评审会,5 月 14 日在惠州召开,由近代物理研究所和中国原子能科学研究院共同组织)和2025-06 的再次评审,是同一个链条上的前置动作:先内部把设计评审透,再拿去做准则,再报监管。这条路径的节奏是清楚的。

MYRRHA 这边:预许可评估报告已经出来了

比利时的路子不一样,走的是"预许可"(pre-licensing)——先让监管者把设计思路整体过一遍,再正式申请。这是成熟监管体系里对新概念技术的处理办法。

时间线:

  • 2021 年底:SCK CEN 向 FANC(联邦核监管局)提交许可申请,附安全报告草案
  • 2022-09-29 至 10-28:公众咨询,Mol 市政厅开放查阅,任何人都能看技术规格、辐射防护、退役拆解方案
  • 2022 年:MINERVA 被认定为 Class IIa 设施
  • 2022-12-09:FANC 正式批准建造
  • 2024 年 6 月:MINERVA 破土动工
  • 2025-04-24:FANC 向 SCK CEN 和 MAHG(监督 MYRRHA 进展的政府委员会)递交了 MYRRHA 项目的预许可评估报告

2025-04-24 那份报告的三个结论,值得逐字看:

  1. 没有识别出任何阻断点或"表演终止者"(no blocking points or show stoppers),不会妨碍 MYRRHA ADS 项目的可许可性。还有待解决的问题,但方向上"为项目继续开发和许可铺平了道路"。
  2. SCK CEN 提出的安全方法整体上健全且全面,达到了监管机构的期望。
  3. SCK CEN 提交的文件(包括设计选项与条款文件 DOPF, Design Options & Provisions File)格式和内容符合要求。

「no blocking points or show stoppers」这句话是全篇最关键的一句话之一。它不是说 MYRRHA 安全了,而是说"这套概念在监管上走得通"。对一个从没人做过的东西,这是能拿到的最重要的早期确认。

顺带一处口径分歧:GSI 的一份报告(2025-04-03,U. Dorda 讲)写的是「Nuclear license was approved by FANC in Nov. 2022」,而 Myrrha 官网写的是 2022-12-09。两个口径差一个多月,可能是"决定"与"发证"的时差。以官方新闻的 12 月 9 日为准。

核材料衡算:这一本最难

ADS 有一个反直觉的特性:它是为了减少核材料风险而发明的,却同时是更强的核材料生产工具。

道理在这里:

  • 传统压水堆:钚是副产物,混在强放射性乏燃料里,只占所用材料的一小部分,且同位素成分杂(²³⁹Pu 占比低),武器价值有限。
  • ADS:为了嬗变,燃料里钚和次锕系元素的浓度高得多,而且乏燃料要循环回堆,意味着这些材料在装置和厂区之间要反复进出。

几个具体的数字:

  • 瑞典辐射安全局 2013 年委托的一份报告算过:功率密度相当于典型重水堆的 ADS,每年可生产 3–4 公斤钚。报告结论是:「ADS 是生产武器级钚的有效工具,因为较重的钚同位素生成被最小化,且可以避免燃料更换——燃料更换成本高,或者通常会因频次而被察觉。」这句话点出了一个关键区别:传统堆要偷偷生产武器级钚,不换料做不到;ADS 的燃料本来就在循环。
  • IAEA 的"显著量"(significant quantity)定义:钚 8 公斤(即不能排除用于制造核爆炸装置的数量)。
  • 但前 IAEA 保障司官员 Olli Heinonen 指出:实际可能用少至 2–4 公斤钚就造出核武器。

国际上的应对:保障监督方法还在开发中。

桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)2020 年 11 月发了一份报告,题为《An Enhanced Safeguards Approach for Accelerator Driven Systems utilized to Close the Fuel Cycle》(用于闭合燃料循环的加速器驱动系统的增强保障方法)。核心结论有三条:

  1. ADS 的燃料太热、放射性太强,后处理和燃料制造厂几乎必须与 ADS 反应堆同址建设——否则运输高放燃料这件事本身就不现实。
  2. PUREX 这类水法后处理工艺承受不了 ADS 燃料的强热,因此很可能必须用干法(高温冶金)后处理。
  3. 材料衡算区(MBA)要重新划分:乏燃料接收、后处理、贮存与冷却、燃料制造、次临界反应堆区、废物贮存与处理——六个区各自独立建账。而且需要开发大量新的诊断测量技术。

这份报告还有一个附录,专门讲中国的 ADANES 计划和印度的钍基增殖计划。也就是说,国际上已经在把 CiADS 当作保障监督对象来研究了。

同一批作者在 INMM(核材料管理学会)的论文更直接:题目就叫《Safeguards Approach For Accelerator Driven Systems》,开篇讲明「目前还没有为潜在 ADS 设施制定保障监督方法」,并指出 ADS 设施可能生产出大量 IAEA 关注的裂变材料。

核不扩散条约框架下的一个具体漏洞(VCDNP 一份关于《附加议定书》附件的报告指出):《附加议定书》的附件 I 要求申报的是"核材料的存量和流量",但没有明确要求申报 ADS 的运行规模。报告建议:应当要求拥有附加议定书的无核武器国家,报告其使用 ADS 进行嬗变的地点的运行规模。理由很实在——ADS 一开始不一定建在申报的"场址"(site)上,而环境取样这类手段的前提是"机构事先知道某个地方有 ADS"。

这一本账最特别的地方在于:它不是技术问题,是制度问题,而且制度还没建好。 CiADS 2030 年要做乏燃料再生燃料入堆试验,那批燃料怎么记账、记给谁、让谁查——这些问题的答案现在都还不存在。

中国这边的特殊难点

CIAE 的 ADS 综述(《原子能科学技术》59(9),2025)给出一个技术上的对应物:ADS 的燃料必须走干法/高温冶金后处理路线。

而中国目前的乏燃料后处理主干能力,仍以后处理中试厂和 200 吨级示范工程为主(后者还在建设中)。ADS 需要的干法后处理,与压水堆乏燃料水法后处理,是两条不同的工艺、不同的设施、不同的许可体系。

换句话说:即使 CiADS 的加速器、靶、堆全部按 2027 年建成,2030 年要做的"基于乏燃料的再生燃料入堆试验",还会卡在"燃料从哪来"这一步。 这一步要的是后处理设施,不是反应堆。

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五 第四本账:燃料循环什么时候才谈得上"闭环"

CiADS 的官方路线图(唯一权威版本)

用户提问里给的那条时间线是「2025-12 加速器调试 → 2026-10 设备验收 → 2027-07 系统验收 → 2027 运行 → 2030 全燃料循环」。

我找到了更权威、也是最新的公开版本。2026 年春节(2 月),何源在现场接受采访时给出的完整建设计划,原文是:

「我们的建设计划是在 2026 年完成超导直线加速器的建设和验收,2027 年初完成高功率散裂靶的建设和验收,2027 年底完成整个装置的建设验收,2029 年达到满功率运行状态,2030 年实现基于乏燃料的再生燃料入堆试验,完成核燃料循环全流程技术验证。」

两版对照:

节点用户提问口径何源 2026-02 口径
加速器调试2025-12—(此前 2022-12-25 常温前端已出束)
设备验收2026-102026 年完成加速器建设和验收
系统验收2027-072027 年初完成高功率散裂靶建设和验收
装置验收2027 运行2027 年底完成整个装置建设验收
满功率—2029 年
全燃料循环20302030 年入堆试验 + 完成全流程技术验证

两个口径是同一件事的两个切片,不是矛盾。2030 年这一条两版完全一致,而且何源的表述更精确——是"入堆试验 + 技术验证",不是"建成全燃料循环工业体系"。

这个区别必须讲清楚:2030 年要做的是一次试验,验证"从乏燃料里取出来的再生燃料,能不能放进这台装置里烧"。这不是"中国有了 ADS 工业燃料循环"。从一次入堆试验走到工业级闭式循环,还有示范装置、工业示范装置两级。

"2026 年有重大技术调整"这条报道

这是我特别去查的一条,因为用户点名了。查证结果如下。

我没有找到 2026 年关于 CiADS"重大技术调整"的公开报道。

但我找到了一条真实存在的、时间更早的同类事件,而且是有出处、有官方语言的:

*Front. Energy* 2021 那篇(Gu & Su)在回顾 CiADS 审批历程时写道:

「Because of the lack of construction foundation and technical adjustment, the Feasibility Study Adjustment Report of the CiADS project was submitted to the NDRC and approved in July, 2020.」

翻译过来:由于"缺乏建设基础"和"技术调整",CiADS 项目的可行性研究调整报告于 2020 年 7 月提交国家发改委并获批。

这是唯一一条能查到的、有官方文本支撑的"CiADS 重大技术调整",时间是 2020 年,不是 2026 年。

同一条链上的其他审批节点(同样出自该文):

  • 2018-05:《CiADS 项目环境影响报告书(选址阶段)》获生态环境部批准
  • 2018-06:《CiADS 项目初步设计报告》获中国科学院批准
  • 2018-07:《CiADS 项目厂址安全分析报告》获国家核安全局批准
  • 2020-07:《可行性研究调整报告》获国家发改委批准
  • 2021-07-30:开工

所以"2026 年有重大技术调整"这个说法,在公开可查范围内查无出处。 我能确认的是 2020 年有过一轮正名的可研调整,而 2026 年公开可见的动作是"冲刺安装"(32 台超导单元总装、加速器段进隧道、SDC 提交审评),不是"调整方案"。

需要说清楚的是:查无出处不等于不存在。内部技术路线的调整,如果没有公开发布,外界是查不到的。但公开材料里确实没有这条,如果引用它,应当注明来源。

"全燃料循环"的四个含义,别当成一个

中文材料里"燃料循环"至少指四件事,混着说就会夸大进度:

  1. 一次性通过(once-through):烧完就存,不回收。中国现在的主线。
  2. 闭式循环的分离环节:把乏燃料里的铀、钚、次锕系元素分开。中试厂 + 200 吨级示范工程在做。
  3. 燃料再制造:把回收的材料做成新燃料组件。ADS 需要的是含次锕系元素的 MOX 或氮化物燃料,中国目前没有这条线。
  4. ADS 嬗变闭环:新燃料入堆 → 嬗变 → 再回收 → 再入堆。这一级全球没有任何国家走完。

CiADS 2030 年那一步,落在第 4 级的入口——第一次入堆,不是闭环。

德国人泼的一盆冷水,值得认真看

国际上对 P&T(分离-嬗变)最系统的批评来自德国。

2025 年 2 月,德国联邦颠覆性创新署(SPRIND)与瑞士设施运营商 Transmutex 联合发布了一份实施研究(与慕尼黑工业大学、TÜV NORD GROUP、POSSER SPIETH WOLFERS & PARTNERS 合作),题为《在前核电站场址建设加速器驱动中子源的实施研究》。它给出了 P&T 最乐观的一版账:

  • 放射性最强的废物体积可减少 8.8 倍
  • 所需包容期从 100 万年降到 830 年
  • 演示设施造价 15 亿欧元(利用已退役核电站场址,CAPEX 降低约 30%)
  • 从一座完整净 220 MWe 电厂发出第一度电,技术上 2035 年可实现
  • 首台(FOAK)隔夜 CAPEX 约 15 亿欧元,OPEX 约 1.15 亿欧元/年;NPV 10–70 亿欧元
  • 后处理单元可服务多达 4 座 ADS
  • 嬗变产生的衰变热约 100 °C,可供区域供热,不足以发电;供热成本 25–40 欧元/MWh
  • 嬗变率 >99%(所有次锕系元素 + 水溶性裂变产物 Se-79、I-129、Tc-99)
  • 经济性关键不在能源销售,在稀有产物元素(铯、氪、钌、锶)的销售
  • 德国法律现状:加速器可以立即建造,但后处理乏燃料目前被禁止,过程热转电也被禁止

紧接着,德国联邦核废料管理安全办公室(BASE)在 2025 年 3 月出了一份专业意见(Fachstellungnahme),把它按住了。 BASE 的 Jochen Ahlswede 在 2025 年原子日(Atom Day)的报告中把结论说得很硬:

  • 「从 BASE 的角度看,证据太薄弱,不足以积极支持这项技术开发。」
  • 「嬗变德国的全部高放废物,需要数十座设施运行至少一个世纪。」
  • 「深地质处置库的百万年安全预测不会因此过时,只是可以缩小规模。」
  • 「还需要另一个中低放废物地质处置库。」
  • 「对放射性废物管理的整体安全改善仍然存疑(ADS 系统的运行风险和放射性释放,相对深地质处置库)。」
  • 「担心 P&T 那些极其乐观或完全未经证实的说法,会导致快速最终处置的需求不再被优先考虑。」
  • 并引用 Frieß 等人的结论:NNL、CEA 和 IAEA 都认为,玻璃固化废物的再处理不现实。

BASE 引用的两份支撑文献(都可查):

  • Frieß, F., Arnold, N., Liebert, W. & Müllner, N.,《Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu P&T》(P&T 概念的安全技术分析与风险评估),维也纳自然资源与生命科学大学(BOKU)安全与风险科学研究所,BASE-002/21,285 页,柏林,2021
  • Englert, M., Mohr, S., Chaudry, S., Kurth, S. & Krob, F.,《altEr》最终报告(高放废物替代处置方案科技水平跟踪与整理),Öko-Institut e.V.,Vorhaben 4720F10302,BASE-029/24,250 页,柏林,2024 年 5 月

然后 2026 年 3 月 11 日,INRAG 又出了一份研究,用 Transmutex 的 START 概念做模型,结论更狠:Houben 等人(2025)的乐观假设不提供透明、可复现的全国质量平衡模型;而且即使按乐观假设建模,P&T 也不能免除地质处置库的需要——它只是把废物的负担转移到一个长寿命、多场址的核工业系统里,附带更多的设施、运行废物和更长的制度性要求。

这盆冷水对中国的意义:这些批评针对的是德国场景(把已运行核电站的全部高放废物嬗变掉),前提条件与中国不同。但它提出的是方法论问题:算嬗变账的时候,分母是"能烧掉多少",还是"系统整体风险是升是降"? 德国人主张后者,而产业界主张前者。

CiADS 作为 10 MW 的原理验证装置,不承担回答这个问题的责任——它只回答"这套东西物理上能不能跑起来"。但它跑起来之后,下一个问题立刻就是德国人问的那个。

世界上其他人走到哪了

国家/机构装置状态
中国CiADS(惠州,10 MW 热功率)加速器安装冲刺,2027 年底装置建成验收,2030 年入堆试验
比利时MYRRHA(Mol,Phase 3 100 MWth)Phase 1 建造中,2025-04 预许可评估通过;Phase 2/3 决定待 2026 年
日本 JAEA30 MW 直线加速器 + 800 MWth 次临界堆设计中。1.5 GeV / 20 mA;keff = 0.97;MA 初始装量 2.5 t;(60% MA + 40% Pu) 单氮化物燃料;嬗变率 10% MA/年 = 250 kg
俄罗斯BREST-OD-300 铅冷快堆 + "突破"项目在建;计划 2030 年前建成集铅冷快堆、乏燃料处理、铀钚燃料加工于一体的闭式燃料循环示范综合体;已建成无放射性废物排放的后处理示范中心二期,年处理能力 200 吨
美国NEWTON 计划;JLab 测试裂变技术(汞靶)2025 年启动 NEWTON,做更好的加速器部件;库里奥公司完成 NuCycle 干法后处理实验规模示范;奥克洛公司计划在田纳西建全球首座商业化干法后处理设施
瑞士初创公司(Transmutex)与 SPRIND 合作完成实施研究;概念阶段

日本那个数字特别值得记住:JAEA 设计的一台 ADS,嬗变率 10% MA/年 = 250 kg,而这 250 kg 正好等于 10 台轻水堆一年的次锕系元素产量。日本人的结论是:1 台 ADS 可以嬗变 10 台轻水堆产生的 MA。

这个比例关系是整个 P&T 领域最重要的一把尺子:ADS 不是一对一替代品,是"一台处理十台"。但反过来说——中国现在在运核电机组 50 多台,如果全按这个比例,需要 5 台以上 ADS 才能消化新增 MA,而且是在后处理能力跟得上的前提下。

俄罗斯那条路最不一样:它不是走 ADS,是走"铅冷快堆 + 闭式燃料循环"。BREST-OD-300 是临界快堆,不是次临界。俄罗斯的策略是把 ADS 的靶技术整合进"热堆+快堆"的双组分能源系统里,而不是把宝押在 ADS 上。这一点值得注意:全世界把 P&T 做实的主要力量,走的都不是 ADS 路线。

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六 八个最容易搞错的地方

这一节是这一篇最实用的部分。下面每一条,都是中文材料里反复出现、而且确实错了的说法。

错误一:k_eff 在 0.75 到 0.97 之间

这是本篇要纠正的头号错误。

先说正确的:CiADS 的设计值是 keff ≈ 0.975。

原文出处(Long GU, Xingkang SU,*Frontiers in Energy* 2021, 15(4): 810–831):

「In regular operation, the effective multiplication factor keff of the reactor is nearly 0.975. Fifty-two assemblies with 19.75% of enrichment UO2 are used in this design and provide thermal power of approximately 9.76 MW.」

再看这个数在别处怎么写的:

  • 《原子核物理评论》42, 2024073 的表 1(表头是"CiADS 堆芯的设计参数"):设计 k_eff ~0.975
  • 原子能科学研究院的 ADS 综述(《原子能科学技术》59(9), 2025):keff = 0.97,9.75 MW,69 盒组件
  • ASME ICONE21 的一篇论文(中国原子能科学研究院作者):建议 ks 取 0.96~0.98

四个来源,全部落在 0.96–0.975 这个窄带里。

那个"0.75"从哪来的?我只找到一个出处:一篇 IEEE 综述(题目为 *Accelerator-driven systems for nuclear waste transmutation: global technological progress with focus on CIADS project*)里写 CiADS 的 keff equal to 0.75。

0.75 与 0.975 差一个数量级。 这个数字在物理上也说不通:ADS 的次临界度取值是一个经济性权衡——keff 太低,要维持同样的堆功率就得把束流功率往上翻好几倍,加速器和靶的负担急剧增加;keff 太高,安全裕量不够。《原子核物理评论》39 卷那篇说得很明确:keff > 0.94 才适合用脉冲中子源法测反应性,而且 keff = 0.98 时,如果 keff 掉 1%,束流强度必须加 50%。0.75 意味着要加几倍束流,工程上不成立。

另外两个必须分开的数字:

  • MYRRHA 自己的次临界度是 keff = 0.95 —— 那是另一座堆,不能并进来
  • JAEA-ADS 的设计是 keff = 0.97
  • 中国原子能科学研究院的启明星1# 实验平台是 keff = 0.97–0.98(264 根天然金属铀 + 2046 根 UO₂ 低浓铀)

"0.75–0.97"这个区间的实际来源:把一篇 IEEE 综述里的单个数字(0.75)和 CiADS 的实际设计值(0.975)缝在一起,当成一个"常规范围"来用。中文自媒体上有很多"ADANES 的 keff 一般在 0.75—0.97 之间"这类表述,来源就是这个缝法。

正确的说法:CiADS 的设计 keff 约为 0.975;国际 ADS 设计的通用区间大致是 0.95–0.98;0.75 这个值只在单一一篇综述里出现过,与其余全部来源不符。

错误二:CiADS 每盒燃料组件有多少根燃料棒

答案是:三代设计,三个不同的数。 引用时必须说清是哪一代、哪个来源。

口径每盒组件构成组件数活性区长度包壳外径出处
第一代(2021)162 根燃料棒 + 7 根导向管52 盒——*Front. Energy* 2021, 15(4): 810–831
第二代60 根燃料棒 + 1 根固定棒52 盒1000 mm13.1 mm*Front. Energy Res.* 2021, 9: 732801
第三代55 根燃料棒 + 6 根不锈钢拉杆69 盒1200 mm12 mm《原子核物理评论》42, 2024073

还有第四个口径:同一装置的另一篇(Frontiers, article 1259254)给出的燃料棒是 Φ9.7/0.7 mm 包壳、芯块 Φ8×10 mm、100 个芯块、活性段长 1000 mm、气腔高 200 mm。

注意那个趋势:包壳外径从 13.1 mm 降到 12 mm 再降到 9.7 mm,组件数从 52 盒增加到 69 盒。 这是典型的"堆芯功率密度往上走、组件细化"的设计演化。拿第一代的组件参数去描述第三代堆芯,就是错的。

如果你只需要一个数:满堆芯 69 盒组件、每盒 55 根燃料棒、活性区长度 120 cm,这是目前最新一版(《原子核物理评论》42, 2024073)。

错误三:CiADS 的束流参数

也是三代,而且差异极大:

代次束流能量束流强度束流功率出处
早期基线设计(2018)1.5 GeV10 mA15 MWHIAT2018 / *J. Phys. Conf. Ser.* 1401, 012009
中期(英文官网至今)250 MeV—2.5 MWCiADS 英文官网
现行(中文官方口径)500 MeV5 mA2.5 MWCiADS 官网 / 中文百科
某期刊论文(异常)500 MeV0.5 mA250 kW《原子核物理评论》42, 2024073

最后一行值得单独说:同一篇论文(《原子核物理评论》42, 2024073)里,表 1 写着「质子束流 ~0.5 mA、束流功率 250 kW」,同时又写「总热功率 10 MW」。250 kW 的束流功率配不出 10 MW 的系统热功率(按官方口径,2.5 MW 束流才能配出 10 MW 总热功率,其中 7.5 MW 来自堆芯)。这里的 0.5 mA / 250 kW 与现行设计差 10 倍,是一处内部不一致,引用时必须避开。

用户提问里说的"k_eff 0.75–0.97 口径内部不一致",指向是真问题,只是不一致的具体位置在束流参数和组件参数上,keff 本身在中文来源里是高度一致的(0.96–0.975)。

错误四:CiADS 的时间线

网上流传的版本:「2025-12 加速器调试 → 2026-10 设备验收 → 2027-07 系统验收 → 2027 运行 → 2030 全燃料循环」。

这是公开可查范围内查不到出处的版本。 有公开出处的版本是何源 2026 年 2 月的这一版:

2026 年完成超导直线加速器建设和验收 → 2027 年初完成高功率散裂靶建设和验收 → 2027 年底完成整个装置建设验收 → 2029 年达到满功率运行状态 → 2030 年实现基于乏燃料的再生燃料入堆试验、完成核燃料循环全流程技术验证

还有一条独立的印证:2026 年 2 月,中国科学院近代物理研究所党委书记、副所长胡正国在惠州市高质量发展大会上的表述是「CiADS 将于今年内完成高功率超导质子加速器建设,力争 2027 年底全面建成」。

两个口径一致,都是"2026 年加速器、2027 年底装置"。

错误五:CiADS 的批准年份

三个数字都对,但说的是三件事:

  • 2015-12:国家发改委正式批准立项("十二五"16 个重大科技基础设施之一)
  • 2018 年:工程设计获国家批复(*Front. Energy* 2021 原文:「The CiADS engineering design was approved by Chinese government in 2018」)
  • 2021-07-30:开工建设启动会在惠州装置区召开(近代物理研究所官网有记录)
  • 世界核协会写的"2021 年 7 月批准",指的其实是开工

错误六:MYRRHA 的超导腔到底做了多少

网上流传的"超导腔 >50% 已生产",现在已经过时了——实际情况比这个好。

MINERVA 主直线加速器负责人 Frank Marhauser(SCK CEN)在 2026 年发布的进展:全部 53 个 SRF 单 Spoke 腔的机械制造已正式完成("The mechanical construction of all 53 SRF single-spoke cavities for the MINERVA main linac is officially complete"),制造在工业界完成。

但"机械制造完成"不等于"可以上机"。接下来是三件事:

  1. 高场腔验收测试:与瑞典乌普萨拉大学的 FREIA 实验室合作,在 2 K 下做严格的单 Spoke 腔验收测试
  2. 低温恒温器测试准备:2026 年开始铺硬件,与 2 K 腔测试并行
  3. 低温恒温器制造与组装:已在工业界启动,但仍处早期阶段;已交付多台经低温验证的 SRF 腔用于串组装;地球磁场屏蔽罩即将跟进;RF 耦合器和机械调谐器等关键辅助部件也开始制造

另外,腔的数量有两个口径:53 个(2026 年最新,Marhauser)与 60 个(2022 年 IPAC 的"粒子加速器项目与升级"手册:"a superconducting spoke linac with 60 single spoke cavities")。用 53 个这一版。

顺带纠一个数字:那本 2022 年的手册还把 MYRRHA Phase 1 的成本写作 300 百万欧元(Estimated Project Cost 300 MEURO),并写明"计划开工 2020-03-01、建设期 7 年"。这是 Phase 1 的估价值,不是总额 16 亿欧元。 两个数不能互换。

错误七:"CiADS 没有公布兆瓦数"

这句话出现在某英文新闻站(newsghana.com.gh)的报道里,原文是「no exact megawatt rating for the facility has been published」。这是错的。

CiADS 的热功率是明确公布的官方指标,就写在近代物理研究所的装置介绍页上:

全超导加速器驱动系统热功率 10 兆瓦,包含束流功率约 2.5 兆瓦,次临界反应堆芯/包层热功率约 7.5 兆瓦,可以实现单次大于 24 小时满功率耦合运行

而且同一篇报道还有另一处错:它说 CiADS「could cut the hazardous lifespan of nuclear waste to less than one-thousandth of its current duration」并把它归给 CAS 的宣称,然后加了一句"这些性能数字尚未被独立验证"。问题在于,它把"ADANES 概念的目标"当成了"CiADS 装置的性能指标"——这两件事的差别,见下一条。

这个站(以及 sigmatic.science 等一批聚合站)不能作为文献引用,只能作为"错误口径的标本"点名。

错误八:「2030 年全燃料循环」

正确表述:2030 年要做的是「基于乏燃料的再生燃料入堆试验」,完成的是"核燃料循环全流程技术验证"。

是一次试验,不是建成一个工业体系。

同一件事在中文材料里的四种说法,差距极大:

  • 「处理后核废料量不到乏燃料的 4%」(ADANES 概念口径)
  • 「高放核废料体积减少 96%」(ADANES 概念口径)
  • 「放射寿命由数十万年缩短到约 500 年」(ADANES 概念口径)
  • 「将核废料的寿命缩短至千分之一以下」(何源对 CiADS 的表述)

这四句都不是 CiADS 装置已经测出来的数。CiADS 是一座 10 MW 的原理验证装置,它的任务是验证"耦合运行"这件事能不能做到,而不是验证嬗变率。

等到 CiADS 真的用它自己的乏燃料再生燃料跑完一圈、并且拿到嬗变率数据,那才是第一个实测数字。 在那之前,所有"减少 96%""缩短到 500 年"都是概念设计的目标值,不是实测值。

另外六个小纠正

  1. CiADS 总工艺师是张军辉(正高级工程师)。2024 年 11 月的"超导直线加速器生产质量和集成安装讨论会"记录里写得很清楚:「近代物理所副所长、CiADS 装置总工程师何源研究员、CiADS 总工艺师张军辉正高级工程师出席了会议」。
  2. 何源的职务是"中国科学院近代物理研究所副所长",同时是 CiADS 总工程师、ADANES 技术总师。詹文龙是院士、ADANES 项目总指挥。
  3. MYRRHA 次临界堆的热功率有两个口径:官方(Myrrha 官网、WNA)写 100 MW(最大热功率),而 SCK CEN 的 Dorda 在 2025 年 GSI 报告里写的是 ~70 MWth。引用时最好并列,不下结论。
  4. MYRRHA Phase 1 的完成时间有两个口径:官方与 IAEA 写 2026 年,世界核协会写 2027 年调试。两个都对,看的是"建成"还是"调试"。
  5. MINERVA 的注入器不是"全超导":是 176 MHz 常温段,含一个 4-rod RFQ(最高 160 kW,到 1.5 MeV)、2 个四分之一波长谐振器、15 个加速 CH 腔 + 2 个聚束 CH 腔(CH 腔由 IAP/Bevatech 设计、RI 生产),30 keV ECR 直流质子源由 Pantechnik 供应。"MINERVA 是全超导直线加速器"这句话严格说不完整。
  6. CiADS 的合作伙伴有四个:中核集团(CNNC)、高能物理研究所(IHEP)、中广核(GNC)、以及近代物理研究所(HIPS,其官网拼写)。2016 年 3 月,中广核与中科院签署了发展加速器驱动先进核能系统的战略合作协议。

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七 三个时间尺度上的判定

把四本账放在一起,可以给出三个不同时间尺度上的判断。

三年尺度(到 2029 年):物理问题基本解决,工程集成是主战场

这一段的胜负手在"能不能把 32 台超导单元在 6 个月内装完并且性能一致"。

何源自己把这件事定性得很清楚——这是「从'单件艺术品'到'工业标准品'的跨越」,是「对建立超导加速器工业化质量体系的一次终极压力测试」。

这一段的证据链是硬的:加速器段(040–160 MeV)已进隧道;SDC 已提交审评;18 kW/4.5 K(4 kW/2 K)氦制冷机已就位;土建配电已送电;铅铋快堆非核集成验证装置在调试。

风险不在物理。风险在:一台超导腔在超净间里装配时进了一粒尘,2 K 下打火,退回来重做,整个六个月的窗口就漏了。

同一时间段 MYRRHA 那边:Phase 1 收尾、预许可评估已过、Phase 2/3 的政治决定将作出。决定如果不利,MYRRHA 会停在 100 MeV,成为一条 400 kW 的材料辐照平台,而不是一座 ADS。

十年尺度(到 2035 年):材料与许可决定成败

加速器的可靠性指标(MTBF > 250 小时)不是靠设计解决,是靠运行数据累积出来的。一台新机器第一年的 MTBF 通常是要求值的十分之一到百分之一(PSI 2009 年约 1 小时就是这个量级)。要用五到十年把 MTBF 从个位数小时推到 250 小时以上。

材料这条线同样需要时间:束窗的 20 dpa、包壳的 100 dpa,这些数字是上限,实际寿命得靠辐照后检验(PIE)一个个测出来。CIAE 的 10,000 小时腐蚀试验是这个方向上已经拿到的硬数据。

许可:CiADS 的 SDC 审评结果,会成为全球第一份"ADS 安全设计准则"的实践文本。这件事的示范效应,可能比装置本身的物理成果更大。

三十年尺度(到 2055 年):燃料循环才是真正的瓶颈

这一段的瓶颈不在 ADS,在后处理。

德国 BASE 那份意见里有一句话击中了要害:嬗变德国的全部高放废物需要"数十座设施运行至少一个世纪"。也就是说,即使单台 ADS 完全成功,要处理一个国家的存量废物,需要的是一整个核工业体系,不是一台机器。

日本的数给出了这个体系的规模感:1 台 ADS 嬗变 10 台轻水堆的 MA。如果这个比例成立,中国的 ADS 需求数量就是"在运机组数除以 10",而且要在后处理和燃料制造能力配套的前提下。

而德国人问的那个问题,最终绕不过去:算嬗变账的时候,分母应该是"能烧掉多少废物",还是"系统整体风险是升是降"?

产业界的答案是前者(体积减少 8.8 倍、包容期从 100 万年降到 830 年、嬗变率 >99%,这些都是真的)。

监管界的答案是后者(BASE:多出来的 ADS 运行风险、放射性释放、以及第二个中低放处置库的需求,未必抵得过少掉的处置库体积;而且这些乐观说法可能让"尽快建处置库"这件事失去紧迫性)。

中国的处境和德国不同——德国的争论前提是"已经决定要建处置库,嬗变能不能让它变小一点";中国的前提是"处置库还没建、后处理能力还不够、铀资源对外依存度高"。所以中国做 ADS 的驱动力里,"资源"这条比德国重得多。

但德国人提的那个方法论问题,中国同样会遇上:2030 年第一次入堆试验做完之后,下一个问题就是"这值不值"。

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八 一句话

ADS 走到中试这一步,物理问题已经交给了工程,工程问题已经交给了许可,许可问题已经交给了——还没建起来的燃料循环。

CiADS 和 MYRRHA 两家现在做的,是把"三个东西能不能长期耦合着跑"这件事从原理变成事实。这一步的核心指标不是嬗变率,是跳束次数和包壳温度。

四年之后再回头看,决定性的事件大概是这三个:32 台超导单元装完以后的一致性数据;CiADS 的 SDC 审评结论;MYRRHA 关于 Phase 2/3 的那个决定。

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参考文献

  1. Long GU, Xingkang SU. Latest research progress for LBE coolant reactor of China initiative accelerator driven system project. Frontiers in Energy, 2021, 15(4): 810–831. DOI: 10.1007/s11708-021-0760-1(作者单位:中国科学院近代物理研究所,兰州;中国科学院大学核科学与技术学院,北京;兰州大学核科学与技术学院,兰州。本文是 CiADS 次临界堆 keff ≈ 0.975 的设计值出处)
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  1. Yuan He, Huan Jia, Xunchao Zhang, Hanjie Cai, Neng Pu, Zhijun Wang, Weiping Dou, Jianqiang Wu, Youxin Chen, Guirong Huang, Jonathan C. Wong, Hongwei Zhao. Accelerator driven system – a solution to multiple problems of society. 中国科学院近代物理研究所(部分作者亦属中国科学院大学)。通讯邮箱 hey@impcas.ac.cn(给出 2019 年底全球乏燃料卸出约 433 000 吨、平均每年约 11 300 吨、2035 年预计累积近 618 000 吨等数据)
  1. Shu-Hui Liu, Zhi-Jun Wang, Huan Jia, Yuan He, Wei-Ping Dou, Yuan-Shuai Qin, Wei-Long Chen, Fang Yan. Physics design of the CIADS 25 MeV demo facility. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2017, 843: 11–17. DOI: 10.1016/j.nima.2016.10.055(作者单位:中国科学院近代物理研究所,兰州;中国科学院高能物理研究所,北京)
  1. Shuhui Liu, Zhijun Wang, Weilong Chen, Weiping Dou, Huan Jia, Yuanshuai Qin, Yuan He, Hongwei Zhao. Commissioning of China ADS demo Linac and baseline design of CiADS project. Journal of Physics: Conference Series, 2020, 1401(1): 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/1401/1/012009(会议版为 HIAT2018 WEYAA01。给出 CiADS 终期基线设计规格 1.5 GeV / 10 mA / 15 MW 及跳束频率指标)
  1. Preliminary Multi-Physics Performance Analysis and Design Evaluation of UO2 Fuel for LBE-Cooled Subcritical Reactor of China Initiative Accelerator Driven System. Frontiers in Energy Research, 2021, 9: 732801. DOI: 10.3389/fenrg.2021.732801(给出 15-15Ti 包壳、芯块直径 11.5 mm、包壳外径 13.1 mm、活性长度 1000 mm、最大冷却剂流速 0.355 m/s 与限值 2 m/s、氧浓度 0.01 ppm 等。本轮检索未能确认该文作者姓名)
  1. Sub-channel analysis for LBE cooled fuel assembly with grid type spacers of China initiative accelerator driven system. Frontiers(文章编号 1259254)(给出 52 盒组件、燃料棒 Φ9.7/0.7 mm、芯块 Φ8×10 mm、100 个芯块、气腔高 200 mm 等。本轮检索未能确认该文作者姓名与卷期页)
  1. Bo Liu, Song Li, You-Peng Zhang, Janne Wallenius, Bin Xi, Long Gu, Jin-Yang Li, Di-Si Wang, Wei Jiang. Transient analysis of the CiADS reactor core loaded with nitride fuel. Annals of Nuclear Energy(ScienceDirect PII S0306454922006557)(给出 52 盒组件、每盒 60 根燃料棒 + 1 根固定棒、UN/15-15Ti、UTOP 正反应性插入容忍度 500 pcm。资助来源含上海市经济和信息化委员会 GYQJ-2018-2-02、国家重点研发计划 2020YFB1902100)
  1. U. Dorda, A. Fabich. Implementation update of MYRRHA phase 1 (Minerva). Proc. IPAC'26, Deauville, France, 17–22 May 2026, THP4014. DOI: 10.18429/JACoW-IPAC2026-THP4014(作者单位:Belgian Nuclear Research Centre。注意页码分歧:DOI 落地页写 Pages 4335–4338,RIS 页写 SP 3885 / EP 3888。收稿 2026-04-29,接受 2026-05-19,发布 2026-07-20)
  1. Andrea Bellandi, Erik Verhagen, Florian Frank, Jan Geerts, Koen Geerts, Wouter De Cock. The MYRRHA phase 1 MTCA.4-based LLRF system. Proc. IPAC'26, WEP6145(作者单位:Belgian Nuclear Research Centre)
  1. C. Joly, S. Berthelot, N. Gandolfo, J. Rozé, J-F. Yaniche, J-L. Bolli, I. Garcia, C. Gaudin, O. Bourrion, D. Tourres, S. Boussa, W. De Cock, P. Della Faille, F. Pompon, E. Verhagen. MTCA.4-Based LLRF System Prototype Status for MYRRHA. Proc. LINAC2022, THPOPA14(作者单位:IJCLab CNRS/IN2P3 Orsay(亦属巴黎-萨克雷大学);IOXOS Technologies;LPSC CNRS/IN2P3 Grenoble;SCK CEN Mol)
  1. H. Podlech, P. Britten, K. Kümpel, S. Lamprecht, N.F. Petry(IAP, Frankfurt am Main, Germany);M. Abs, J. Brison(IBA, Louvain-la-Neuve, Belgium);C. Angulo, J. Belmans, F. Doucet, A. Gatera, F. Pompon, A. Ponton, D. Vandeplassche(SCK CEN, Mol, Belgium);A. Apollonio, J.A. Uythoven(CERN, Meyrin, Switzerland);A. Bechtold(NTG Neue Technologien GmbH & Co KG);J.-L. Biarrotte, C. Joly, D. Longuevergne(Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, Orsay);F. Bouly(LPSC, Grenoble);P. Fernandez Ramos, A.E. Pitigoi(Empresarios Agrupados, Madrid);H. Höltermann, U. Ratzinger(BEVATECH, Frankfurt);T. Junquera(Accelerators and Cryogenic Systems, Orsay);R. Modic(Cosylab, Ljubljana);F. Senée, D.U. Uriot(CEA-IRFU, Gif-sur-Yvette);C. Zhang(GSI, Darmstadt). The MYRRHA Project. Proc. NAPAC2019, THZBA2. DOI: 10.18429/JACoW-NAPAC2019-THZBA2
  1. B. Yee-Rendon, A. Plaçais, F. Bouly, F. Maekawa, J. Tamura, S. Meigo, Y. Kondo. A systematic analysis of cavity compensations in the JAEA-ADS linac utilizing the LightWin tool. Proc. IPAC'26, WEP4621. DOI: 10.18429/JACoW-IPAC2026-WEP4621(作者单位:Japan Atomic Energy Agency;Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie。给出 JAEA-ADS 直线加速器含 293 个超导腔。页码同样存在分歧:DOI 页 2513–2516,RIS 页 2765–2768)
  1. Status of the JAEA-ADS Superconducting LINAC Design(给出常温段到 2.5 MeV、5 个超导段到 1.5 GeV、20 mA、30 MW)
  1. Japanese ADS program: Current status and future plan. QST(量研机构)(给出质子束 1.5 GeV / 20 mA / 30 MW、散裂靶与冷却剂均为 LBE、keff = 0.97、热功率 800 MWt、MA 初始装量 2.5 t、(60% MA + 40% Pu) 单氮化物燃料、嬗变率 10% MA/年 = 250 kg、燃耗反应性摆动 1.8% Δk/k)
  1. Takei H., Nishihara K., Tsujimoto K., Furukawa T., Yano Y., Ogawa M., Oigawa H. 热瞬态分析. IAEA 会议论文 ADS/P4-06(日本原子能机构与高能加速器研究机构)(给出可接受跳束频率 43 ~ 2.5×10⁴ 次/年、保持电厂可用率 70%、≤10 秒跳束在可接受范围、>5 分钟跳束须降到约 1/35)
  1. Ali Ahmad, Steven J. Steer, Geoffrey T. Parks. A preliminary study of target multiplicity for ADSRs. Energy Conversion and Management. DOI: 10.1016/j.enconman.2013.01.035(ScienceDirect PII S0196890413000824)(给出多靶方案缓解频繁跳束、并引用前作结论:若用当前加速器技术,T91 包壳会因热循环疲劳在不到一个月内失效)
  1. Sandia National Laboratories. An Enhanced Safeguards Approach for Accelerator Driven Systems utilized to Close the Fuel Cycle. 2020-11-01(给出 ADS 后处理与燃料制造须与反应堆同址、PUREX 不适用须用干法、六个材料衡算区划分;附录含中国 ADANES 计划与印度钍基增殖计划)
  1. Safeguards Approach For Accelerator Driven Systems. INMM(核材料管理学会)资源库(以比利时 MYRRHA 概念为起点;指出目前尚未为潜在 ADS 设施制定保障监督方法)
  1. Per Andersson, Fredrik Nielsen, Daniel Sunhede. Acceleratordrivna subkritiska system – en analys med fokus på icke-spridning och exportkontroll. Swedish Radiation Safety Authority(瑞典辐射安全局), 2013(给出功率密度相当于典型重水堆的 ADS 每年可生产 3–4 公斤钚)
  1. Reflecting on the Annexes to the Model Additional Protocol. Vienna Center for Disarmament and Non-Proliferation (VCDNP)(引用 IAEA《保障词汇表》2001 版:钚的显著量为 8 公斤;并引 Olli Heinonen:可能用少至 2–4 公斤钚造出核武器)
  1. Okubo N., Fujimura Y., Tomobe M. Effect of Irradiation on Corrosion Behavior of 316L Steel in Lead-Bismuth Eutectic with Different Oxygen Concentrations. Quantum Beam Science, 2021, 5(3): 27. DOI: 10.3390/qubs5030027(作者单位:Nuclear Science and Engineering Center, Japan Atomic Energy Agency, Tokai, Ibaraki)
  1. Kikuchi K., Saito S., Kurata Y., Futakawa M., Sasa T., Oigawa H., Wakai E., Umeno M., Mizubayashi H., Miura K. Lead-Bismuth Eutectic Compatibility with Materials in the Concept of Spallation Target for ADS. JSME International Journal Series B, 2004, 47(2): 332–339. DOI: 10.1299/jsmeb.47.332(作者单位:日本原子能研究所东海研究所;三菱重工;三井造船;助川电气)
  1. 中国ADS铅基反应堆设计与研发进展. Engineering, 2016, 2(1). DOI: 10.1016/J.ENG.2016.01.023(中国科学院核能安全技术研究所 FDS 团队。给出 CLEAR-I 10 MW、86 盒组件、活性区高 800 mm 直径 1230 mm、每组件 61 根燃料棒;KYLIN-II 材料回路最高 1100 °C、样品表面最高流速 10 m/s)
  1. SPRIND / Transmutex. Implementation Study on an Accelerator-Driven Neutron Source at the Site of a Former Nuclear Power Plant(Houben et al., 2025)(合作方:慕尼黑工业大学、TÜV NORD GROUP、POSSER SPIETH WOLFERS & PARTNERS。给出体积减少 8.8 倍、包容期 100 万年→830 年、演示设施 15 亿欧元、2035 年首度电、嬗变率 >99%、供热成本 25–40 欧元/MWh)
  1. Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE). Fachstellungnahme zur "Umsetzungsstudie über eine beschleunigergetriebene Neutronenquelle am Standort eines ehemaligen Kernkraftwerks" der Bundesagentur für Sprunginnovationen (SPRIN-D). März 2025
  1. Frieß F., Arnold N., Liebert W., Müllner N. Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu P&T. Institut für Sicherheits- und Risikowissenschaften, Universität für Bodenkultur (BOKU) Wien, BASE-002/21, 285 S., Berlin, 2021
  1. Englert M., Mohr S., Chaudry S., Kurth S., Krob F. Verfolgung und Aufbereitung des Standes von Wissenschaft und Technik bei alternativen Entsorgungsoptionen für hochradioaktive Abfälle (altEr). Abschlussbericht, Vorhaben 4720F10302, Öko-Institut e.V., BASE-029/24, 250 S., Berlin, Mai 2024
  1. INRAG. 基于 Transmutex START 概念的德国 P&T 全国实施情景研究. 2026-03-11
  1. IAEA. Country Nuclear Power Profiles: Belgium(2021 版与 2022 版)(给出 MYRRHA 三阶段时间表、5.58 亿欧元承诺、嬗变目标"放射毒性降 1000 倍、时间尺度从 30 万年到 300 年";SCK CEN 是比利时对 IAEA 保障支持计划的协调方)
  1. World Nuclear Association. Accelerator-driven Nuclear Energy;Nuclear Power in Belgium(给出 CiADS 2021 年 7 月批准、2027 年左右开始运行;MYRRHA MINERVA 2024 年 6 月开工;2016 年 3 月中广核与中科院签署战略合作协议)
  1. AMOS. AMOS Wins SCK CEN Contract for Key MYRRHA-MINERVA Accelerator Components. 2026-06-25(48 套 Cold Tuning Systems;引 Hamid Aït Abderrahim(Myrrha INPO 总经理)与 Arnaud Dartevelle(AMOS 总经理)表态)
  1. SCK CEN. Construction of MINERVA in the starting blocks(公众咨询 2022-09-29 至 10-28;MINERVA 定为 Class IIa 设施);Update MINERVA/MYRRHA: 1st license is a fact(2022-12-09 FANC 批准建造;2022 年生产出 MYRRHA ADS 的第一个 SRF 腔)
  1. Marhauser F.(SCK CEN). MINERVA Main Linac SRF Cavity Construction Complete. 2026(全部 53 个 SRF 单 Spoke 腔机械制造完成;与乌普萨拉大学 FREIA 实验室合作 2 K 验收测试);相关报告见 LINAC2026《Status of the Minerva/Myrrah Spoke cavities production and cryomodule design》,2026-08-16 至 21,韩国大田
  1. Dorda U. The MYRRHA-Accelerator Driven System and its Challenges. GSI Beschleunigerseminar, 2025-04-03(给出次临界堆 ~70 MWth;17 MeV 注入器构成:4-rod RFQ 至 1.5 MeV、2 个四分之一波长谐振器、15 个加速 CH 腔 + 2 个聚束 CH 腔、30 keV ECR 直流质子源;两个靶站 PTF 50 kW / FPF 400 kW;加速器团队约 35 人)
  1. 中国科学院近代物理研究所. CiADS 装置构成(imp.cas.cn/ciads/gcgk/zzgc/);CiADS 进展大事记(imp.cas.cn/ciads/gcjz/jzdsj/);CiADS 英文站(english.imp.cas.cn/research/facilities/CIADS/)(给出 10 MW 热功率构成、350 米直线加速段、5 个终端、SDC 于 2026-05-14 提交国家核安全局、040–160 MeV 质子加速器 2026-05-26 进入隧道、18 kW/4.5 K 氦制冷机就位、B03 配电站送电、四个合作伙伴)
  1. 何源访谈. 新春走基层·智绘新图景丨新春攻坚"未来核能" 加速器安装冲刺关键节点. 科技日报, 2026-02-27(给出 5 种类型超导加速单元、已完成 2 种、6 个月内完成 32 台总装、最高 8 台并行、地下 13 米隧道、超净间装配工序、2021 年 20 MeV 样机与 10 mA 连续波 百千瓦百小时)
  1. 何源访谈. 勇闯技术无人区!马年这些大科学装置将迎来重要时刻. 北京时间/腾讯新闻, 2026-02-24(给出完整路线图:2026 年加速器建成验收、2027 年初散裂靶建成验收、2027 年底装置建成验收、2029 年满功率、2030 年乏燃料再生燃料入堆试验)
  1. 胡正国在惠州市高质量发展大会上的发言(经惠州发布、同花顺新三板等转述):「CiADS 将于今年内完成高功率超导质子加速器建设,力争 2027 年底全面建成」(2026-02)
  1. 全球首个加速器驱动嬗变研究装置在惠州加速建设. 南方日报(南方+), 2026-03-11
  1. 中国核能行业协会. 2025年国际核能复兴趋势简析(china-nea.cn)(给出俄罗斯后处理示范中心二期年处理能力 200 吨、"突破"项目 2030 年前建成闭式燃料循环示范综合体、BREST-OD-300 计划 2028 年起陆续投运、美国 NuCycle 干法后处理实验规模示范与奥克洛干法后处理设施规划)
  1. 中国科学院近代物理研究所. 近代物理所在铅铋合金氧测控方面取得进展. 2023-06-25(先进核能材料研究室;氧含量控制到 logC₀(wt.%) = −4 至 −8,最低 −12;与德国 KIT 的 Pt-air 氧传感器对比)
  1. 原子核物理评论, 39, 2021077(给出 keff > 0.94 才适合用脉冲中子源法测反应性;keff = 0.98 时若 keff 掉 1%,束流强度须加 50%)
  1. CERN. 相关报告,arXiv:1307.8304(给出束流足迹稳定度优于 ±10%、3 个月运行期少于 10 次超过 3 秒中断、外推 0.5 GWth 工业嬗变器需 800 MeV / 20 mA / 每年少于 3 次跳束;并引用美国 DOE 白皮书 Finding #6:嬗变任务允许的跳束率落在每年数千次、时长大于 1 秒的范围内)
  1. 中国原子能科学研究院相关作者. ASME ICONE21 会议论文(主张次临界度 ks 取 0.96~0.98)
  1. Accelerator-driven systems for nuclear waste transmutation: global technological progress with focus on CIADS project. IEEE(keff equal to 0.75 的唯一出处,与其余全部来源差一个数量级,疑为小数点误植或引用其他装置概念。原文见 ieeexplore.ieee.org/document/11164432)

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附:本轮核实中标记为"未能确认"的三处

为遵守"不猜、不编"的原则,下面三处本轮未能确认,在正文中已按"未能确认"处理,不做推测:

  1. 《CiADS堆芯keff的核数据敏感性与不确定性分析》(原子核物理评论 42, 2024073)的作者姓名与单位
  2. 《Preliminary Multi-Physics Performance Analysis and Design Evaluation of UO2 Fuel for LBE-Cooled Subcritical Reactor of China Initiative Accelerator Driven System》(Frontiers in Energy Research 9, 732801)的作者姓名
  3. 《Sub-channel analysis for LBE cooled fuel assembly with grid type spacers of China initiative accelerator driven system》(Frontiers, 1259254)的作者姓名与卷期页

另外三处来源之间的分歧已在正文中并列,未单方面下结论:

  1. MYRRHA 次临界堆热功率:约 70 MWth(SCK CEN 内部报告)vs 最大 100 MW(Myrrha 官网、世界核协会)
  2. MINERVA 单 Spoke 超导腔数量:53 个(2026 年最新)vs 60 个(2022 年 IPAC 项目手册)
  3. MYRRHA 建造许可批准时间:2022-12-09(Myrrha 官网)vs 2022 年 11 月(GSI 报告)

最后一句:本轮检索中,若同一事实在中文官方来源与英文二手报道之间出现冲突(最典型的是"CiADS 没有公布兆瓦数"),一律以中文官方来源为准,并在正文中点名英文报道的错误。新闻聚合站(newsghana.com.gh、sigmatic.science、blackout-news.de、xchg.ro 以及国内自媒体平台)不作为文献引用,仅作为错误口径的标本。

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