国之重器 未来可期:走近核领域两大科学装置

作者: 任芳言

来源: 中国科学报

发布日期: 2020-07-23 16:55:46

文章介绍了粤港澳大湾区东部惠州市的两大科学装置——加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)和强流重离子加速器装置(HIAF)的建设情况。这些装置旨在解决核科学研究中的关键问题,如核废料处理和新核素的鉴别,预计将于2025~2026年完工。文章还提到,这些装置的建设将推动技术创新,并有望打造粤港澳大湾区乃至国际上重要的核科学中心。

粤港澳大湾区东部,惠州市惠东县黄埠镇,一个近1平方公里的区域在山海间格外显眼。这里是国家重大科技基础设施“十二五”建设项目——加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)和强流重离子加速器装置(HIAF)的施工现场。目前,建设场地土石方工程已步入尾声。按规划,两大科学装置将于2025~2026年建设完毕。

建设现场,一条长百余米、深数米的半地下隧道竖条坑颇显气势。未来,一座全长350米的超导直线加速器将在此落成,它将与高功率散裂靶、次临界反应堆一道,组成CiADS完全体,为验证嬗变原理、解决核废料处置问题铺路。CiADS不远处,是HIAF所在地。利用无人机俯瞰现场,已能看清同步加速器圆环的大致位置。

核科学研究中,新核素的鉴别、重元素如何产生等问题一直未解,HIAF的落成有望帮助科学家找到这些问题的答案。2014年6月,中国科学院与广东省政府成立共建国家重大科技基础设施领导小组,签署院省共建两装置的合作协议,明确两装置落户惠州。一批人从位于兰州的中国科学院近代物理研究所奔赴惠州,驻扎在两大科学装置建设一线。

随着工程推进,CiADS的超导直线加速器预研样机已实现30千瓦束流持续100小时的稳定运行,目前正向100千瓦迈进。HIAF主电源、磁铁和真空管道等关键部位的样机研制已基本完成,即将进入批量生产。这两个大家伙为何要一起建?近物所副所长、研究员胡正国表示,两大科学装置同时开建,部分技术力量、设施可以共用,不但能节约资源成本,而且有利于未来打造加速器集群。

建成后,CiADS将成为世界上首个兆瓦级加速器驱动次临界系统研究装置。CiADS总工程师、近物所研究员何源表示,加速器驱动次临界系统(ADS)是核废料处理公认的可行技术路径,能在短时间内降低乏燃料放射性,并从中分离出有用元素加以利用。处于次临界状态时,CiADS的安全性也得以保证。

按指标,建成后的HIAF可以产生极端远离稳定线核素,且能对其进行精确测量。为此,HIAF需要提供稳定且高能的重离子束流,束流能量最高可达4.25吉电子伏特。杨建成表示,要达到一流、有自己特色,那就必须通过技术创新实现。为完成装置建设,快循环脉冲电源、陶瓷内衬薄壁真空室等一系列特色技术应运而生。

再过几年,CiADS和HIAF将在惠州落成,成为核科学研究的一方重地。近物所在惠州的团队也逐渐成长起来。近几年,陆续有近物所人携妻小入驻惠州,为大科学装置建设添砖加瓦。每隔半个月,惠州办公室的工程师就要带着无人机到施工现场“飞一圈”,记录下两装置建设的档案资料,每一次拍摄,都能看到新变化。

胡正国表示,未来,两大科学装置将与先进能源科学与技术广东省实验室联动,“打造粤港澳大湾区乃至国际上重要的核科学中心”。

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