討論：太先進無法展示？核能新技術ADS靠譜嗎

我平時很少上網，在同事的推薦下，在網上看到北大物理學院雷奕安副教授的一篇太過先進，無法展示？！核能新技術ADS真的靠譜嗎的評述性文章，前幾句話是前不久，網絡和朋友圈被一條消息刷屏，稱中國在核能應用技術上取得重大突破，并且太過先進，無法展示。這項技術叫做加速器驅動次臨界系統（ADS），我以前關注過，利弊略有了解，知道它還很不成熟，離實際應用很遠。剛看到這條消息的第一反應是，又有人搞笑了吧？仔細看過消息和諸多評論之后，感覺非常不舒服，不吐不快。為此我對雷奕安副教授的評論也有不吐不快的感覺，但沒有不舒服。有許多同事勸我不要理會這篇文章的觀點，因為有許多是似是而非的，只是有操作之嫌，但我想還是有必要就學術上的某些問題給予澄清，以正視聽。（注：文中粗體字是雷奕安副教授的原文）

在不吐不快之前，首先聲明一下，本人才疏學淺，雖然從上個世紀90年代ADS概念提出到目前為止，一直負責、參與我國的ADS次臨界反應堆的物理研究，也參加過幾次國際間的學術交流和IAEA總部召開的ADS發展現狀研討會，但自己還是深感學術上孤陋寡聞，特別是與反應堆物理以外的其它領域更是如此。比如“太過先進，無法展示”這句話我也無法理解，我問了一些人，他們認為可能是在網上無法顯示的插圖等問題時，往往會有此類語言出現，現在不對這個詞句進行論述，只對有關ADS學術上的某些問題與雷奕安副教授進行探討，雖然本人對國內外的ADS情況也有所了解，但也是掛一漏萬，因為正像雷奕安副教授文章所述“公道地說，由于繼承了過去的管理體制，原子能院國際交流很不方便，可以理解。我是原子能研究院的，不對的地方謝謝雷奕安副教授是可以理解的，還請雷奕安副教授批評指正。

1 對雷奕安副教授的評述總的感覺

看完雷奕安副教授的評述文章后，使我印象深刻的是最后一句，即黑體字、又是全篇重點的結論即“核能在安全性、經濟性等方面都存在巨大風險。這些風險大多已經被世界各國的研究和商業經歷證明。國內片面的宣傳和營銷并不會降低這些風險。面對強大的公關與宣傳，公眾應當保持高度警惕”。我認為這就是雷奕安副教授寫文章的目的，字面的意思就是核能是存在巨大風險的，ADS也同樣如此，我雷奕安副教授真心提請大家注意所報道的ADS相關內容實際上是國內對核能的一種宣傳和營銷手段，提醒大家不要對國內片面的宣傳和營銷所欺騙，應當保持高度警惕。高度警惕之后下面的動作就是你們的事情了。至于作者寫此文的其它目的我就不好妄加評論了。

2 對雷奕安副教授的評述文章學術觀點的看法

雷文在“。。。感覺非常不舒服，不吐不快。”之后的一段是：

先簡單介紹一些相關概念：

加速器驅動次臨界系統（ADS）

目前說到核能一般是裂變核能。只要有中子，就能誘發裂變（自發裂變的可能性很低）。一般反應堆依靠自己裂變產生的中子臨界運行，依靠控制裂變燃料的濃度，幾何形狀等，保證用掉一個中子正好產生出一個可以再次引起裂變的中子。如果不小心多了一點，中子就會越來越多，導致反應失控，這就是超臨界。一般還利用溫度高低、氣泡多少、控制棒等控制鏈式反應。但一般臨界到超臨界的余量很小。次臨界系統就是不到臨界狀態運行，一次裂變產生的有效下一代中子數少于1，能夠保證反應堆不超臨界。但這樣，裂變反應無法自持，因此需要一個比較大的中子源提供第一代中子。加速器產生的高能質子打到重的原子核上，能把核內的很多中子打出來。這些中子能量高，誘發裂變能力強。這就是加速器驅動次臨界系統的概念。

（1） 這里我也先介紹一下我所知道的裂變核能的相關概念：

正像雷奕安副教授所述的“目前說到核能一般是裂變核能” 。因為核能還應包括聚變核能。聚變核能國際上，包括我國還在投入大量人力、物力研究中，不是十年、八年能夠應用的。而裂變能技術比較成熟，裂變能的裝置為反應堆，在半個多世紀的發展中，提出、研究并建成了各種類型的反應堆。反應堆分類有很多種，按其功能可分為動力堆、生產堆、研究堆；按反應堆內的中子能量大小分為熱中子反應堆、中能中子反應堆和快中子反應堆；按慢化劑分為輕水反應堆、重水反應堆、石墨反應堆等；按冷卻劑不同分為水冷卻反應堆、金屬液體冷卻反應堆、高溫氣體冷卻反應堆等等。

反應堆工作靠中子來進行的，反應堆內的中子，一邊產生，一邊消失。消失的中子是通過跑出反應堆（反應堆稱為泄漏中子）和被反應堆內的材料吸收。產生中子是由于當一個中子被反應堆堆內核燃料吸收后會裂變，裂變時除釋放出核能量外，還會放出多于一個中子，如鈾-235每次裂變可放出2個多中子，裂變中子放出的這些中子，除有一個要維持被核燃料吸收再裂變外，其它的中子就被泄漏和吸收而消失。當產生的中子數與消失的中子數相等時，即它們的比值k等于1（k稱為中子有效倍增因子），稱反應堆為臨界狀態即反應堆可以維持自持裂變反應（不需要外中子源），當產生的中子數小于消失的中子數時，它們的比值k小于1，稱反應堆為次臨界狀態，當產生的中子數大于消失的中子數時，它們的比值k大于1，稱反應堆為超臨界狀態。因此反應堆可以運行在次臨界、臨界和超臨界三種狀態。

第一種情況反應堆是次臨界，反應堆要在次臨界（k小于1）狀態運行，必須靠外中子源來驅動，即靠外中子源放出的中子數來補償消失的中子數。如果沒有中子源來驅動，則一旦取出中子源或中子源不工作，則經過一定時間后，反應堆內就沒有中子，反應堆內核材料就不能裂變，即反應堆停止運行；

第二種情況反應堆是臨界，反應堆臨界運行狀態首先是從次臨界狀態過渡到臨界狀態的，在過渡時，是通過措施使產生更多的中子數（增加核燃料量）或減少消失的中子數（減少吸收中子的材料或增加反應堆體積等），這樣反應堆內產生的中子數逐漸增加，而消失的中子數逐漸減少，最后使產生的中子數與消失的中子數相等時，達到中子平衡即它們的比值k=1，處于臨界狀態。但在反應堆從次臨界到臨界的過渡期間，反應堆次臨界狀態或次臨界度是逐漸變化的，這時也必須靠外中子源以維持某個次臨界狀態（外中子源又稱為點火中子源），否則中子數是不穩定的，會逐漸減少直到為零。其次是反應堆臨界后（取出外中子源或外中子源的中子對反應堆內的總中子數的貢獻可以忽略），要維持反應堆在臨界狀態運行，這時必須靠控制手段使中子數維持在一定的數量（中子數與反應堆的功率水平有關，中子數越多，反應堆的功率越高）。在臨界狀態運行時，如果由于某種原因（如核燃料的燃耗）反應堆內中子數比要求的中子數少了（k小于1，反應堆要過渡到次臨界狀態），就要采取措施，增加中子數不使反應堆進入到次臨界狀態；如果反應堆內中子數比要求的多了（k大于1，反應堆要過渡到超臨界狀態），就要采取措施，減少中子數不使反應堆進入到超臨界狀態。這就是說臨界反應堆是可以控制的，即控制反應堆內中子數的多少并維持所要求的中子數水平（要求反應堆的功率）；

第三種情況反應堆是超臨界的。反應堆超臨界又分為緩發超臨界和瞬發超臨界兩種。

緩發超臨界狀態是可以控制的。在某個功率下臨界狀態運行的反應堆，如果要提高反應堆的功率，就是使臨界運行反應堆內的中子數增加，這時就必須采取措施，使反應堆內產生的中子數大于消失的中子數（反應堆處于超臨界）。當它們的k值大于1，而小于1+βeff時，這時反應堆的狀態稱為緩發超臨界狀態。βeff這個量稱為緩發中子有效份額，這是由于裂變核在裂變時放出的中子有早放出的中子和晚放出的中子兩種情況，早放出的中子（約在10-7秒內）稱為瞬發中子，它們的能量較高約在MeV量級，它們的數量較大，裂變時約99%以上都是瞬發中子，而晚放出的中子（0.幾秒到幾百秒）稱為緩發中子，它們的能量比瞬發中子能量低（約KeV量級），它們的數量小于1%，晚放出的中子這個數值定義為β，稱為緩發中子份額。由于緩發中子與瞬發中子能量不同，所以它們對裂變的貢獻不一樣，就引入緩發中子有效份額βeff；對不同的裂變核有不同的β值。如鈾-235裂變，瞬發中子有99.35%。而緩發中子即β值為0.65%，而钚-239裂變，瞬發中子有99.79%。而緩發中子即β值為0.21%。由于反應堆內具有瞬發中子和緩發中子，緩發中子出現的時間遲，使得反應堆內總的中子在反應堆內的壽命變長，得以反應堆內產生的中子數和消失的中子數可以控制。

瞬發超臨界狀態是不可以控制的，當產生的中子數大于消失的中子數即它們的比值k等于1+βeff時，即為瞬發超臨界，因為k=1可以自持裂變鏈式反應，這時不需要緩發中子就可以k=1而能自持裂變反應，結果是中子的壽命非常短，加上βeff個中子，使中子數迅速增加，無法控制。核武器就是處于瞬發超臨界，核武器就是在外中子源點火下，由于k的數值是大于1+βeff的，因此點火后其裂變是不可控制的。

從上面的討論可知雷文中的“如果不小心多了一點，中子就會越來越多，導致反應失控，這就是超臨界，。。。但一般臨界到超臨界的余量很小”，這句話是不對的，是似是而非的概念，好像超臨界狀態是可怕的，實際反應堆經常會處于超臨界狀態，即在功率由低功率向高功率過渡時，必須是超臨界（緩發超臨界）。雷文將瞬發超臨界與緩發超臨界混為一談，統稱為超臨界。他的言外之意就是超臨界太危險，如核武器一樣聳人聽聞。

（2）這里再介紹一下ADS的相關概念和背景

A.ADS的相關概念。ADS包括3個主要部件，加速器、次臨界反應堆和加速器與次臨界反應堆的耦合部件重金屬靶。如（1）中所敘述，ADS中的反應堆是處于次臨界狀態，只有在外中子源驅動下，反應堆才能存在有裂變，才能放出中子和給出核能。這樣ADS又與上面談到的次臨界反應堆有什么差別呢？它們的差別在于（1）中的次臨界是是反應堆過渡到臨界運行的必須經歷的過程，另外反應堆不運行時就必須處于次臨界狀態，當然次臨界反應堆在外中子源作用下可以對次臨界反應堆的物理特性進行研究，但它是不能給出可利用的核能的，盡管它們也有裂變，釋放出能量，但由于外中子源的強度較低（根據不同情況，外中子源強度一般在104-109/秒之間），裂變數少，所釋放的能量太低，無法利用。而在ADS中，利用加速器加速高能帶電粒子，使其轟擊重金屬靶核，它們之間發生散裂反應，根據不同的帶電粒子的能量和靶核，在散裂反應時可以放出大大多于裂變產生的中子數（上面提出的易裂變核，一個核裂變時可放出小于3個中子）。如加速器加速質子，當加速的質子具有1GeV時，轟擊金屬鉛靶時，一個質子與鉛核發生散裂反應可產生30個左右的中子，那么1mA的質子束（等于6.24×1015個質子/秒）就可產生1.87×1017個中子/秒，用這些中子作為外中子源來驅動次臨界反應堆，使次臨界反應堆內的裂變中子數大大增加，從而可以利用它們的裂變能。ADS的核能除與外中子源的強度有關外，也與次臨界反應堆的次臨界度有關。如果次臨界度選擇合適，如雷文中的k=0.92~0.98之間,就可以將外源中子強度增加12.5-50倍。另外如果次臨界反應堆采用快中子反應堆模式，一方面其中子能量較高也可以使可裂變材料鈾-238裂變或變為易裂變核材料钚-239，從而有效的利用了核資源，另一方面核電站的核廢物MA(Minor Actinides少錒核素)與高能中子發生裂變反應使其變成穩定核素或短壽命的核素，這就是ADS的嬗變技術，第三ADS反應堆是次臨界運行模式，也從根本上杜絕了緩發超臨界和瞬發超臨界的可能性，保證了安全。

B.ADS及啟明星實驗平臺的研究背景：上個世紀90年代初，諾貝爾獎獲得者，意大利物理學家魯比亞（C.Rubbia）提出了能量放大器概念，就是目前稱之謂的加速器驅動的次臨界系統-ADS。因為它可能在裂變核能發展中擔當重要角色，如上所述，它可以產生核能、有效利用核資源和作為核電站乏燃料中的次錒系核素MA和長壽命裂變產物LFFP（Long Lived Fission Products）的焚燒爐引起國際核能界的極大興趣，

1994年我國理論物理學家何祚庥院士看到相關報道，找到原子能院中子物理學家丁大釗院士和中科院高能物理研究所加速器科學家方守賢院士討論，他們認為ADS是一個值得探討的課題，因為ADS涉及核工業多方面的學科，所以建議由中國原子能科學研究院丁大釗院士牽頭成立ADS概念研究組，1995年在中國核工業總公司科技局的支持下，開展以ADS系統物理可行性和次臨界堆芯物理特性為重點的研究工作。隨后逐漸向強流加速器和靶物理方面擴展。1997年7月2日至5日，國家科委組織召開了香山科學討論會，中國原子能科學研究院介紹了ADS初步研究情況，科學界40多位院士、專家、學者參加，對ADS進行了3天半的深入討論。最后，中國工程院副院長師昌緒做了總結，明確了ADS在原理上和工程上沒有顛覆性的問題；該課題是重大基礎研究項目，應列入國家重點基礎研究（973）規劃中，放在能源領域考慮；此外，明確這次會議不是項目立項，會后應通過有關規定進行申請。國家科委領導最后強調，ADS是一個重要研究課題；從科學前沿看問題，深度較深；現在還是基礎階段，同意放在總理批準的“973”規劃中。

香山科學討論會后不久，7月29日，中國科學院院長路甬祥召集有關專家談到科學院構想時，在談到ADS時，認為ADS既能產生核能又可處理核廢物，該項目要與核工業公司合作，是否將原理驗證裝置和原型裝置合為一步走，大家考慮。

之后經過近一年的研究、申請、答辯、層層篩選，1999年10月國家科技部批準了ADS列入“973”規劃中，編號為TG1999022600，項目名稱為《加速器驅動的潔凈核能系統的物理及技術基礎研究》。以丁大釗院士為首席科學家，趙志祥為首席科學家助理，原子能院組織了辦公室，ADS下設6個課題組并發了規劃任務書，6個課題組為：（1）ADS系統優化研究；（2）ADS系統的反應堆物理基礎研究；（3）ADS核物理基礎研究；（4）中能強流加速器及強流束在低能段加速結構中的輸運研究；（5）強流離子束的產生及性能研究；（6）器-堆耦合部件的材料性質研究。參加單位有中國原子能科學研究院、中國科學院高能物理所、西南物理研究院、北京大學、清華大學、西安交通大學、南華大學等。

由于丁大釗院士去世，于2004年科技部任命趙志祥為首席科學家，在各課題共同努力下，2005年10月30日以優異成績通過了“973”專家組的驗收。專家組對ADS給予了極大關注，并建議除在國家其它領域對ADS支持外，下一個5年的“973”計劃應繼續給予支持。

2007年科技部繼續支持ADS研究，設立“嬗變核廢物的加速器驅動次臨界系統關鍵技術研究”（項目編號：2007CB200900）項目。項目下設6個課題，包括加速器驅動次臨界嬗變系統物理熱工技術基礎研究、次臨界中子學研究、ADS專用數據庫完善和檢驗、束流損失控制的關鍵技術研究、ADS器-堆耦合部件材料預研、干法后處理預研等。目前中國科學院又啟動了“戰略先導科技專項”，以中國科學院詹文龍院士為首席科學家的研究團隊，已經開始實施工程設計和前期建設階段，使中國的ADS研究再推向一個新臺階。

在1999年開始的第一期“ADS系統的反應堆物理基礎研究”課題中，提出專門建設一個ADS系統的次臨界反應堆物理基礎研究裝置，丁大釗院士與反應堆實驗物理學家羅璋琳教授研究認為，根據反應堆物理研究室的慣例，每建成一種類型的反應堆實驗平臺，就要有一個名稱，從1959年開始就有東風(DF)系列，先后有DF-1零功率反應堆，DF-2零功率反應堆，DF-3零功率反應堆，DF-4零功率反應堆等，而DF系列為臨界系列，ADS反應堆是次臨界，今后還要建設一系列ADS次臨界反應堆實驗平臺，它又是一個新的核能概念，是將幾十年核研究領域中的兩大創舉加速器和反應堆結合起來，是裂變核能的新亮點，所以就起名為Venus（啟明星），后來IAEA將ADS推薦為第四代核電站的堆型之一。第一個ADS次臨界實驗平臺就起名為Venus-1#（啟明星-1#），啟明星-1#次臨界反應堆是一個快-熱耦合的反應堆堆芯結構，其初衷是在快中子能譜區來進行MA的嬗變研究，在熱區進行LLFP的嬗變研究。

啟明星-1#次臨界反應堆建成后，對外源驅動的次臨界反應堆特性進行了系統研究，在國內外的科學雜志上發表多篇論文，接待了不少國內外專家學者，IAEA推薦將啟明星-1#次臨界反應堆作為國際的基準裝置供大家研究。我國的清華大學、上海交大、西安交大、南華大學等都進行了相關研究。在研究中，發現理論計算的中子有效倍增因子k數值與實驗測量的數值有所差別，這種差別無法用計算偏差來解釋，也無法用測量的誤差來解釋。這就是為什么在中科院的ADS研究中要建立一個標準，即能夠達到臨界狀態的次臨界實驗裝置平臺。根據中科院的核能先導項目要求，次臨界反應堆是一個鉛金屬冷卻的，反應堆堆芯還沿用啟明星1#的思想，是一個快-熱耦合的堆芯。由于這個實驗平臺與啟明星-1#一樣是在原子能研究院的反應堆物理研究室建設，根據反應堆物理研究室慣例，并都是為研究ADS所用，故取名為啟明星-2#（Venus-2#）.

（3）雷文在給出ADS概念后，開始評述ADS的優缺點，有：ADS的優點是第一是次臨界，第二是中子能量高，比快堆里的中子還快。快堆能做的事情它都能做，而且做得更好，比如燃燒超鈾元素（核廢料中最討厭的那部分），增殖（生產更多核燃料）等。缺點是技術復雜，發電需要的加速器還做不出來，還有一些技術也不知道能不能實現。里面的反應過程遠比普通的水堆快堆復雜，基本的理論和實驗都還有很多欠缺。

在他的這段評述中，有似是而非的概念，如 “燃燒超鈾元素（核廢料中最討厭的那部分）”這個概念就似是而非。超鈾元素并不都是討厭的，超鈾元素包括钚、镎、镅和鋦等元素。首先钚就是一種很好的核燃料，其它核素還可以用某些核素輻射β電子特性做為核電池，在航空航天事業中大有作為。在ADS中，實際上嬗變的是無應用價值且半衰期極長的某些少錒核素MA（不包括钚）。

雷文在這段還認為ADS技術復雜、還有一些技術也不知道能不能實現，和基本的理論和實驗都還有很多欠缺。該觀點就不是科學工作者進行科學研究的態度。因為復雜就打退堂鼓，就不該投入人力和物力，但正因為復雜才要進行研究，任何一種有前途的技術不能因為技術復雜就放棄研究。我不了解雷教授在北京大學教授的是什么物理，也不知道指導的研究生研究的課題什么內容，但我敢肯定教授的和研究的都包括有不成熟的、復雜的待研究的內容。世界上聚變反應的應用其難度之大不能不說是前所未有的，難道就不建設相應的裝置了嗎？

（4）雷文在評述ADS的優缺點后，緊接著就評述啟明星1號、2號的有關問題即

“啟明星1號是原子能院研制的，在次臨界條件下，一個測不同核燃料構形下中子倍增率的一個裝置，2005年建成。同類裝置國際上是上世紀四五十年代的重要研究內容，是中子學研究的基礎實驗裝置。

啟明星2號沒有公開技術信息。我推測是像法國/比利時2009年做的那樣，實現了高通量聚變中子源與次臨界堆芯的耦合，但從報道上看不出來。推測的理由是，該裝置是原子能院和近代物理所聯合研制的，原子能院會做堆芯，近代物理所會做加速器。”

按照雷教授的觀點12月23號只是一個建成的ADS啟明星2號得到臨界階段性的新聞報道，并沒有涉及太多的相關內容，是不值得報道的。

按照雷教授的觀點，好像2005年建成的啟明星1號是國際上四五十年代所建的同類實驗裝置，落后人家幾十年。我在前面的ADS及啟明星實驗平臺的研究背景中已有討論，我們的東風系列中的DF-1實驗裝置就是四五十年代建成的反應堆中子學實驗裝置，不比別人晚，緊接著還陸續為不同目的建成了DF系列裝置。啟明星1號是專門研究ADS次臨界反應堆物理學的裝置，它與其它裝置不同之處在于堆芯中心加入了較大的靶區，即散裂中子源區。中子源區的大小，中子能量的不同，靶材料的不同等都對反應堆的物理特性有影響，這些情況在反應堆物理研究中是沒有碰到過的。再一個特點是快熱耦合的堆芯，這也是過去沒有碰到必須研究的。

建造啟明星2號的目的與啟明星1號不同之處也已在前面討論過，至于聚變中子源與次臨界堆芯耦合在啟明星1號的研究中已經進行過，不要再推測了。原子能研究院與近代物理所聯合研制的啟明星2號也不是雷教授推測的分工。聯合研制的啟明星2號實驗平臺的功能主要有三個，一是建立一個臨界標準，檢驗不同數據庫和計算方法與實驗結果之間的比對，避免啟明星1號上理論和實驗結果不一樣的爭論，特別要驗證ADS的工程驗證裝置中實際所用到的金屬鉛的核數據；其二是驗證ADS的工程驗證裝置中所使用的鎢球流動靶特性及其它需要驗證的內容，包括開發一些新的檢測方法和技術；其三是培養ADS實驗人員和運行人員。

（5）雷文在評述啟明星1號、2號后，接著對嬗變進行評述即：

“嬗變

嬗變是導致原子核種類發生變化的核反應。

核能應用中，特指將長壽命高放射性核廢料（超鈾元素）裂變掉，變成短壽命放射性元素的反應。

ADS中的高能中子能夠使超鈾元素裂變。因此，嬗變超鈾元素是ADS的主要應用領域之一。

但是實際應用起來并沒有想象的那么好。一是這種燃燒并不干凈，只能減少并不能消滅超鈾元素。如果直接在乏燃料中使用的話，甚至不能減少，因為還會同時生成超鈾元素。如果將乏燃料中的超鈾元素提取出來，那么需要極其昂貴和風險巨大的后處理，還不能完全分離。”

按照雷教授的觀點，ADS實際是不能嬗變長壽命高放射性核廢料的，即使進行后處理也需要付出極其昂貴和巨大風險的。

這里又必要對核燃料循環做一簡單介紹，因為嬗變與分離分不開的。而分離是核燃料循環中的一環。裂變核能的利用是一個很長的各技術環節集成的工業體系，從鈾礦勘探、開礦冶煉、天然鈾的轉化、富集、再轉化、燃料元件的制造，核反應堆的設計建造、乏燃料的處理，放射性廢物的處理和處置等一系列的環節。一般將核電站反應堆之前的各技術環節稱為核燃料循環的前端，之后的各技術環節稱為核燃料循環的后端。對于核燃料循環的后端，目前國際上處置放射性廢物存在兩種路線，一是“一次通過”循環路線（Once-Through Cycle），二是“后處理燃料循環”路線 (Reprocessing Fuel Cycle)。所謂一次通過就是將從反應堆卸出的乏燃料經過存放在乏燃料儲存池內一段時間后，不進行處理直接送往處置庫進行地質處置。后處理燃料循環又分為有限閉式循環和完全閉式循環（又稱為先進閉式燃料循環）。一次通過循環路線簡單，但浪費了大量有用的核資源，如乏燃料內的U和Pu等資源，且乏燃料內還含有半衰期長達幾萬年到幾百萬年的放射性元素MA和LLFP。從長期地質觀點看，其具有對環境影響的風險。而閉式循環各技術環節復雜，不管是有限閉式循環和完全閉式循環都必須對乏燃料進行元素分離（Partitioning），分離回收的U和Pu，再制成MOX燃料元件返回到反應堆內利用，在有限閉式循環中，將余下的廢料再進行地質處置。而完全閉式循環中，除分離回收的U和Pu外，還將MA和LLFP也進行分離，分離出來的MA和LLFP可以放在專門的裝置中進行焚燒即嬗變（Transmutation）。

從上面可以看出分離是嬗變的基礎，人們提到嬗變必然要提到分離，所以通稱為分離-嬗變（P-T）技術。衡量分離-嬗變效果的指標是核能系統中產生的高放廢物量及其放射性毒性下降到天然鈾當量水平的時間。

P-T技術不是一個新概念，早在20世紀60年代中期美國的M.Steinberg就提出了，只是美國的A G.Croff等人在70年代末研究表明，認為P-T的費用和短期風險的增加，超過因P-T得到的長期風險降低的效益. 80年代初，IAEA對P-T處置核廢物也有類似的結論。80年代中期以后，隨著金屬快堆技術開發的成功和加速器技術的進展，以及后處理與分離工藝的改進，為通過P-T處置長壽命核廢物創造了新的條件。另一方面，三里島和切爾諾貝里事件之后，公眾對核安全廣泛關注。美國深入研究開發深地層埋藏庫之后，也暴露出問題的復雜性和長期風險的不確定性等根本困難。這樣通過P-T徹底消除長壽命放射性、降低和消除遠期風險的方法重新受到重視。與之同時，根據新的形勢，國際放射防護委員會（ICRP）新頒布的數據和規定，美國環保局（EPA）和核管會（NRC）先后也頒布了高放廢物和低放廢物埋藏及釋放處置的新規定,從而使錒系核素嬗變更有吸引力。為通P-T降低核廢物放射性水平的要求，提供了明確的標準。

為此在九十年代初，曾對P-T方法處置核廢物作出過否定結論的以A.G.Croff 為首的同一組人對P-T方法處置核廢物作了重新評價，得出一些新的結論:乏燃料元件中的錒系核素通過分離回收，只要分離后的α放射性丟失在廢液中的量達到EPA規定中C類廢物的釋放標準，則殘留放射性廢物再衰變1000年就可以達到EPA 規定的高放廢物埋藏和低放廢物處置標準。因而有可能解決長壽命核廢物的遠期風險問題。1992年美國 M.E.Kastenberg等研究了長期風險的費用/風險分析方法。初步分析比較了乏燃料直接埋藏與通過P-T處置錒系核素的兩種方案，也指出P-T方法具有降低處置庫的長期風險，并能減小整個燃料循環短期風險的巨大潛在利益。P-T方法對分離回收有要求，如果按法規規定的高放廢物在埋藏期間的放射性泄漏值作為最高的要求的分離回收率，則目前工業規模的后處理流程可以達到鈾和钚回收率的要求，實驗室規模流程可以達到镎、镅和鋦的回收率的要求,目前正在實施向工業規模進展。

前面已經討論過嬗變就是通過核反應將一種核變為另一種核，由于中子是最容易與核發生核反應的，所以一般都是用中子作炮彈來轟擊要嬗變的靶核。不同能量的中子都可進行核反應，但對于不同的靶核與不同能量中子的核反應截面（概率）差別很大，故根據不同的嬗變核可以選擇不同能量的中子。

由上面的介紹可知，乏燃料是可以通過分離技術是將要嬗變的核素分離出來的。至于“需要極其昂貴和風險巨大的后處理”這方面已經進行了費用/風險分析，如果雷教授認為他們分析的不對，可以拿出自己的數據進行批拔。

雷文中提到的“ADS中的高能中子能夠使超鈾元素裂變。因此，嬗變超鈾元素是ADS的主要應用領域之一。”這句話又是似是而非的，超鈾元素中的钚是不需要高能中子的，正像我的第三部分敘述的，只有MA才需要ADS的高能中子來嬗變。

雷文又提到“一是這種燃燒并不干凈，只能減少并不能消滅超鈾元素。如果直接在乏燃料中使用的話，甚至不能減少，因為還會同時生成超鈾元素。如果將乏燃料中的超鈾元素提取出來，那么需要極其昂貴和風險巨大的后處理，還不能完全分離。”

需要指出的是燃料燒干凈或燒不干凈是一個相對概念，只要達到要求就認為燒干凈了。快中子反應堆的乏燃料中超鈾元素較少，需要分離-嬗變的主要指目前的熱中子核電站卸出的乏燃料，因為熱中子核電站的核燃料有95%以上都是鈾-238，在熱中子反應堆內它不僅不能裂變，它吸收中子后還會變成超鈾元素。要嬗變的是超鈾元素中的MA，必須用快中子。快中子反應堆是可以嬗變MA的，但一般快中子反應堆除進行發電外，主要任務是進行核燃料的增殖，可以進行少量的MA嬗變，因為在快中子反應堆內放入過多的MA，則該反應堆就會出現控制問題，因為MA裂變時的緩發中子有效份額βeff值太小，使得反應堆內的平均中子壽命變短，影響反應堆的安全運行，這在前面已討論過。各種核反應堆都各有其主要用途，魚和熊掌不能兼得，所以ADS主要用來嬗變MA ，盡管它可以發電，充分利用核資源等用途，可以認為ADS就是專門焚燒MA的裝置。。

在整個核燃料循環中，目前核能屆一些學者提出“核公園（Nuclear Park）”構想，即在這個核工業園區，由各種類型的反應堆扮演著不同角色，熱中子反應堆主要用來發電，快中子反應堆主要用來增殖核燃料，充分利用核資源，ADS用來嬗變熱中子反應堆卸出的核廢料，再結合乏燃料的分離技術，進到園區的是一般核燃料，出去的是人類生存需要的電力和少量的、達到地質處置要求的核廢料。

由上看出，沒有雷文提到的出燒不干凈的問題，由費用/風險分析的結論T-P技術是可行的，不同的反應堆有不同的用途，ADS則是專門焚燒MA的裝置。

（6）雷文對嬗變進行評述后，又對ADS的前途進行評述，給出了美國對ADS評估報告“白皮書”，各國的ADS發展情況，重點在批評我國不應有專門的ADS研究項目，并預期我國的ADS項目會失敗的，雷的這部分結論是“風險最后都是國家承擔。對于提倡的專家們，只有好處沒有壞處，最多一句科學允許失敗。可是國家經不起太多的投資失敗。”

首先雷文還是承認了“白皮書措辭和結論都偏向于推進ADS的研究”這個結論， ADS還是靠譜的，而不是雷教授聳人聽聞的題目核能新技術ADS真的靠譜的疑問！以及對于提倡ADS研究的專家們，只有好處沒有壞處的指責！也承認各國都還在進行ADS研究。我國的ADS發展路線圖與美國白皮書中是相符的，目前正處于前期階段并逐漸走向示范階段，至于雷教授評述“作為一個基礎中子學研究裝置，啟明星2涉及的技術沒有出現在ADS關鍵技術就緒程度評估表中。”我在前面談到為什么要建啟明星2號及其作用，應該回答了是否在評估表中，這里就不多費筆墨了。

（7）雷文對ADS的前途進行評述后　，后面又一次對ADS進行責難：即“其實，即使ADS項目能夠克服眾多的技術障礙，如期建成，方案本身仍有大量問題很難解決，或者不能接受”

雷教授認為即使ADS建成，又分別提出9個問題很難解決，或者不能接受，即ADS的燃耗問題、一回路放射性問題、更復雜的核反應問題、功率密度問題問題、衰變余熱問題、基礎研究缺乏問題、經濟性問題、燒不干凈問題、靶的問題等進行了評述。下面對雷的問題進行一些討論，在前面我已經聲明過，自己本人才疏學淺，不能對雷教授的問題一一細說，有些也是一知半解，好在雷教授對原子能研究院有由于繼承了過去的管理體制，原子能院國際交流很不方便，可以理解這樣的話，我也就敢談一點自己的看法。

關于燃耗問題，燃耗深與淺基本與反應堆的堆型無關，影響燃耗的主要原因是燃料包殼的腐蝕問題，與k無關，也不是雷教授看似很專業的解釋，所以關于ADS燃耗很低不容易提高這個概念是錯誤的。至于雷教授提出的“ADS k從0.98降到0.95，反應堆的功率將降低到原來的40%。這時候燃料的燃耗只有約3%，”這個觀點從數字計算沒有錯，但ADS并不是這樣運行的，至于采取什么措施在k降低時怎樣保存功率不變，也不是雷教授所想象的非得用離子束流來補償由于k的降低維持功率不變的技術。

關于一回路放射性問題。雷教授提出的這個問題也是錯誤的。請雷教授注意，您的想象很有道理，但您提出的ADS次臨界反應堆的一回路是與能量高達GeV的質子是無關的，質子只與靶作用，靶系統專門有一個回路，靶周圍還有一部分緩沖區，緩沖區的作用一是降低來自靶散裂中子的能量以與反應堆耦合，二是解決靶的冷卻問題。

關于更復雜的核反應問題，雷教授的觀點也是杞人憂天，“涉及的元素數目巨大。一般核反應堆需要考慮的元素數目大約是百的量級，而ADS中是千的量級。”簡直是聳人聽聞。這個問題在一回路放射性問題已部分回答了，質子只與靶作用。復雜的核反應只是與靶材料有關，這方面俄羅斯在杜布納聯合研究所進行的ADS研究計劃中已進行了測量研究，并發展高能質子束轟擊散裂靶特性的計算工具。

關于功率密度問題。快堆的熱量快速帶走現在已不是一個問題，請雷教授注意，俄羅斯、法國、日本都有快堆核電站，盡管有些快堆在檢修、總結。我國的實驗快堆也正常運行，不要充耳不聞，ADS的熱量同樣靠熱容大的金屬鉛來帶走熱量的（我國的ADS擬用鉛冷卻）。

關于衰變余熱問題。雷教授說“困擾普通反應堆的衰變余熱問題在ADS中一樣存在，并且更糟。”請雷教授注意，困擾普通反應堆的衰變余熱問題目前的AP-1000和中國的華龍1號已經解決，它們采取的技術是得到IAEA肯定的。所以ADS的余熱問題雷教授大可不必擔心。

關于基礎研究缺乏問題。如核數據問題，我猜應該真正是雷教授的本行了。確實有許多核數據評價還不完全或缺少，所以才要進行研究。但請雷教授注意，并沒有雷教授所評價的ADS觸發核反應堆的中子能量的核反應道，各種反應截面曲線都畫不出來的問題。來自散裂的部分中子確實能量很高，我在前面已經給出了，散裂中子是要經過靶區的