這不是一次科學報道，而是成功的營銷宣傳?？茖W允許失敗，但國家經(jīng)不起太多的投資失敗。

撰文:雷奕安（北大物理學院副教授）

前不久，網(wǎng)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(qū)動次臨界系統(tǒng)（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。

先簡單介紹一些相關概念：

加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)（ADS）

目前說到核能一般是裂變核能。只要有中子，就能誘發(fā)裂變（自發(fā)裂變的可能性很低）。一般反應堆依靠自己裂變產(chǎn)生的中子臨界運行，依靠控制裂變?nèi)剂系臐舛?，幾何形狀等，保證用掉一個中子正好產(chǎn)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(tǒng)就是不到臨界狀態(tài)運行，一次裂變產(chǎn)生的有效下一代中子數(shù)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(chǎn)生的高能質(zhì)子打到重的原子核上，能把核內(nèi)的很多中子打出來。這些中子能量高，誘發(fā)裂變能力強。這就是加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)的概念。

ADS的優(yōu)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?？於涯茏龅氖虑樗寄茏?，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(chǎn)更多核燃料）等。缺點是技術復雜，發(fā)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(xiàn)。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。

啟明星1號、2號

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(nèi)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(xiàn)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(lián)合研制的，原子能院會做堆芯，近代物理所會做加速器。

嬗變

嬗變是導致原子核種類發(fā)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。

那么ADS究竟前途如何呢？

自上世紀90年代以來，美國的科學家就在倡導ADS概念。歐洲、日本、印度、中國都產(chǎn)生了興趣。2010年，美國能源部邀請當時相關領域的多國專家對該方案進行了評估，評估報告形成了一份白皮書。白皮書詳細介紹了ADS的概念、相關技術和前景。主要成果是對不同應用場合下，相關各種技術的成熟度進行了仔細的評估。應用場合包括嬗變示范，工業(yè)嬗變，和發(fā)電。評估結果如下，其中綠色表示可行，黃色表示“可能可以，但是需要進一步的分析或者示范”，紅色表示“需要進一步研究”，也就是現(xiàn)在還不行。

白皮書措辭和結論都偏向于推進ADS的研究。但美國政府評估之后，并沒有啟動任何專門的ADS計劃，只有與ADS概念相關的一些研究，是原來就在進行的，并不是專門為ADS啟動的，如超導射頻加速、散裂中子源、費米實驗室的Project-X等，仍然在做。日本與美國類似，感興趣，有相關研究，但是沒有專門的項目。印度的興趣主要在將ADS應用于他們核能三步走戰(zhàn)略中，同樣也沒有直接的專門計劃。俄羅斯比較早就對ADS感興趣，并做了一些基礎研究。

只有歐洲的比利時和中國有專門的ADS項目，比利時的MYRRHA項目計劃在2024年建成一個示范的低功率（5到10萬千瓦熱功率）ADS，主要用于各種研究。工業(yè)發(fā)電并沒有計劃支持，但是討論的時間表是2040-2050年。中國的計劃具體而且激進，計劃到2022年完成ADS示范，2030年左右實現(xiàn)工業(yè)示范。

那么，計劃按時完成的希望大不大呢？

比利時的研究開始比我們早，進展比我們快，但安排的完成時間比我們晚。

2010年美國能源部ADS白皮書中的技術就緒程度評估表，現(xiàn)在已經(jīng)過去6年多，評估表的結論卻沒有什么變化，沒有哪個框的黃變成綠，紅變成黃。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(xiàn)在ADS關鍵技術就緒程度評估表中。同期近代物理所ADS強流質(zhì)子超導直線加速器樣機研制取得的重大進展，也沒有改變評估表的狀態(tài)。作為關鍵參數(shù)的流強仍然顯著低于國際上十幾年前已經(jīng)實現(xiàn)的離子源流強（10毫安對超過100毫安），但該裝置在不失束和超導加速注入等方面另有優(yōu)勢。所以，這些成果對于我們來說可以算是進展，但對于ADS技術的整體推進來說，還不能算是重大進展。

根據(jù)白皮書的技術評估表，作為第一目標的ADS示范裝置，要實現(xiàn)技術上并沒有太多困難，只是多項技術的可靠性需要驗證。主要參數(shù)（中子流強、功率）和2006年在美國橡樹嶺國家實驗室建成的散裂中子源沒有多大差別，但是需要解決較長時間的持續(xù)運行問題。

這一示范工程和工業(yè)應用還有很大的距離，技術上有較大的不確定性。由于ADS投資巨大，而且是難以操作維護的強放射性裝置，技術上還不確定，因此可以理解，為什么多數(shù)國家持慎重態(tài)度。

美國能源部評估后采取的行動，已經(jīng)表明該技術當時還不成熟。美國的這一技術白皮書政策值得我們借鑒。當有很多科學家提倡一項技術的時候，不是匆匆忙忙啟動大項目，而是先多花一點力氣評估，評估后確定是否啟動。我們一般是只要有幾個資深專家院士提倡，國家就直接啟動。大型科研項目風險也很大。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?？墒菄医?jīng)不起太多的投資失敗。

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：

燃耗很低，不容易提高

與傳統(tǒng)臨界堆不同，ADS的中子倍增系數(shù)k嚴格小于1，一般取0.92~0.98之間。反應堆的功率等于散列中子引起裂變的功率乘以一個倍增系數(shù)1/(1-k)。如果k=0.98，功率放大50倍，k=0.95，放大20倍。也就是如果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%，還不到一般二代堆的燃耗。要維持反應堆功率，只能提高第一代裂變功率，也就是散裂中子功率，即加速器功率。問題是加速器功率本來就是瓶頸，要實現(xiàn)一定燃耗下的功率穩(wěn)定，沒有那么大的加速器功率余量可用。即使有了上面例子中需要的2.5倍功率余量，燃耗還不到區(qū)區(qū)3%（27百萬千瓦天每噸重金屬，GWD/tHM，低于二代堆33-40GWD/tHM）。

隨燃耗上升，裂變產(chǎn)物增加，不裂變的元素濃度增加，中子吸收增加，能譜軟化，反應性降低。保持反應性需要就只能降低燃耗，頻繁換料，并后處理。頻繁后處理是做不到的，因為燃料下線后必須有很長的冷卻時間，否則放射性太強。

注：傳統(tǒng)臨界堆中，燃料開始的反應性有剩余（也就是超臨界的，這也是被質(zhì)疑的一個原因），需要用控制棒降低反應性。隨著燃耗的增加，控制棒逐漸退出，再加上一些別的調(diào)節(jié)措施，一直維持中子倍增系數(shù)為精確的1。 ADS由于中子譜非常硬，控制棒效果有限，一般不設計控制棒。如果加上控制棒，會帶來很多別的問題，如堆芯控制更復雜，高能中子對控制機構的損傷和活化等。

一回路放射性超高

一般的熱堆或快堆中，一回路冷卻劑雖然也有較大的放射性，但是仍然遠遠不能和乏燃料相比。ADS中的一回路冷卻劑直接受到能量高達GeV的質(zhì)子和中子的轟擊，本來不容易活化的元素也會活化，因此，一回路冷卻劑的放射性將與乏燃料可以比擬，遠遠大于普通熱堆或者快堆。一回路難以設計，防護，和維護，二回路也容易活化，或受到放射性污染，因而整個系統(tǒng)極難維護。

更復雜的核反應

因為極高能質(zhì)子和中子的存在，ADS第一級及次級核反應種類繁多，生成物復雜，涉及的元素數(shù)目巨大。一般核反應堆需要考慮的元素數(shù)目大約是百的量級，而ADS中是千的量級。這給理論分析、模擬計算、實驗測量都帶來了極大的挑戰(zhàn)。

功率密度問題

普通熱堆熱功率大約是每立方米10萬千瓦，快堆是每立方米40萬千瓦，熱量如何快速帶走已經(jīng)是一個問題，而ADS每立方米超過100萬千瓦，能否穩(wěn)定帶走如此巨量且空間分布很不均勻的熱量，還需要驗證。

衰變余熱問題

跟所有核反應堆一樣，當系統(tǒng)故障、外接或備份電源失效，ADS也需要維持長時間的強制冷卻，以帶走反應堆不斷產(chǎn)生的衰變余熱。否則，會產(chǎn)生融堆這樣的極惡劣后果。由于ADS功率密度高、核反應復雜、涉及的元素種類繁多，余熱問題至少不比普通熱堆簡單。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。

基礎研究缺乏問題

維持普通反應堆運轉的中子來源與中子觸發(fā)的裂變，能量低。中子能量最高不超過10兆電子伏。各種反應截面在實驗上就可以測得很清楚。

ADS中，涉及的入射粒子（質(zhì)子，中子）能量高達10億電子伏，是裂變中子最高能量的100倍，能激發(fā)的核反應自由度比低能中子高許多數(shù)量級，理論上寫出所有的核反應幾乎不可能。實驗上，由于生成物復雜，同樣難以確定發(fā)生了哪些核反應。實驗室里，單一能量中子源的最高能量只有14兆電子伏特，更高能量中子的產(chǎn)生只有靠散裂反應。散裂反應產(chǎn)生的中子能譜很寬（從0到10億電子伏），中子數(shù)不定，不知道發(fā)生了那些反應。

因此，核反應道，隨中子能量變化的各種反應截面曲線都畫不出來，或者說，基礎研究缺乏，并且困難。沒有這些基礎數(shù)據(jù)，反應堆的設計和計算都缺乏依據(jù)。

經(jīng)濟性問題

快堆已經(jīng)很復雜了，經(jīng)濟性是一個大問題。ADS比快堆還復雜，有一套復雜的性能和可靠性都需要驗證的加速器系統(tǒng)，有強大的一回路放射性，有超高的功率密度。加速器效率和散裂中子效率都不高，除了通常的反應堆低發(fā)電效率外，還要支出額外的電力維持一個更復雜的系統(tǒng)運行，燃料需要頻繁更換，如果要做后處理則成本更高……從發(fā)電來說，看不出來這樣一套系統(tǒng)經(jīng)濟上是可行的。如果只是為了燃燒超鈾元素，成本依然非常高，且仍然需要后處理，過程中還會產(chǎn)生新的超鈾元素。

燒不干凈問題

如果不能發(fā)電，ADS的最重要用途就是嬗變核廢料。從我們上面關于燃耗和功率的討論來看，核廢料很難燒干凈。因為燒的同時，還在產(chǎn)生新的超鈾核廢料。再加上高能質(zhì)子中子引發(fā)的核反應，燃燒后的乏燃料成分也更復雜，難以后處理。最后的結果是，冒巨大風險，花巨額資金后處理得到的ADS嬗變?nèi)剂?，燒了一點點，就沒有辦法了。還要地質(zhì)處置，還要上百萬年。

靶的問題

ADS中的靶是指直接受到加速器高能質(zhì)子束轟擊，產(chǎn)生大量高能散裂中子的材料/部件。如果要達到發(fā)電的要求，質(zhì)子束的功率必須達到數(shù)十萬千瓦，約90%的能量直接以熱的形式沉積在靶上，最大能量沉積區(qū)體積很小。除了超高的熱能沉積，還有直接的多種模式活化。靶的放射性與乏燃料相差不遠。國內(nèi)提出來的固體流動靶，只要控制流動的機構出了一點問題，靶或者靶部件將被質(zhì)子束融化甚至熱爆，從而不可收拾。

除了上面說到的問題，“啟明星1號”“啟明星2號”項目還有一點非常令人費解：

啟明星1號是一個基礎研究裝置，晚于世界同類研究裝置40年以上建成。這類裝置全世界沒有幾個，而再與ADS相關的，全世界可以說只有另外一個，就是法國的零功率裝置VENUS，翻譯過來也是啟明星（或金星、維納斯）。人家上世紀50年代就建好了，我們2005年才建好，為什么要取一個跟人家一樣的名字呢？我們自己的文獻中，啟明星的翻譯是venus。一個裝置代號一般全大寫，我們?nèi)懯菫榱撕蛣e人區(qū)別嗎？還是自降身份？問題是全小寫就不能叫啟明星了。作為行星，第一個字母必須大寫。全小寫的單詞venus跟金星沒有關系，不能叫啟明星，而只能是自創(chuàng)的一個新詞。難道我們一直不知道存在這么一個裝置？還是就是要讓人家沒有名字可叫？問題是人家早了我們那么多年建好，文獻中到處都有該裝置代號，我們沒有讀過那些文獻嗎？我們不參加國際會議嗎？報告的時候怎么解釋這一名稱？別人會怎么想？為什么要無端給自己找麻煩？

科學計劃，或者裝置名稱應當避免與同類計劃/裝置重名，否則會帶來不必要的混亂。如果是縮寫或簡稱，同名尚情有可原，可是“啟明星”根本不是一個簡稱或者縮寫，自由度很大，為什么偏偏要跟一臺比你資格老的、該領域中唯一的另外一臺同樣功能的裝置同名？

我個人的猜測是，我們?nèi)∶臅r候不知道法國的裝置，雖然這也非常不應該，但是公道地說，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。但中科院近代物理所出國交流長期沒有障礙，在進行該方向研究的前提下，不知道該裝置說不過去。如果對別人的研究和進展一點不了解，怎么知道我們說的重大成就，不是閉塞視聽、閉門造車，不是自我感覺良好的評價？

比利時/法國2009年完成的同類裝置，其中的堆名Venus就是金星（啟明星）

跟大多數(shù)人一樣，我本人認為國內(nèi)的ADS計劃應該是一個科學計劃。既然是科學計劃，就應該按照科學的方法和態(tài)度來進行，遵守大家都認可的科學規(guī)范，包括慣例?？茖W的評估應當盡量全面、中立?？茖W的報道應該尊重事實。

可是這次關于“啟明星2號”的報道實在不能算是一次科學報道。第一沒有任何技術細節(jié)，取得什么進展，實現(xiàn)哪些參數(shù)一個字沒有，只是籠統(tǒng)的一個“實現(xiàn)臨界”。作為以亞臨界為工作目標的項目，實現(xiàn)臨界的成就本身也有些令人費解?！斑^于先進，無法展示”，實在不是一種科學的描述方式?？茖W不是不可知論。

考慮到核工業(yè)長期地、系統(tǒng)地將片面的“科普”信息傳播給大眾，這一報道尤其不妥，令人不適。

在我看來，這次報道不是一次科學報道，而是一次營銷宣傳，一次非常成功的營銷。因為：第一，沒有任何信息表明這一成就是一次重大的技術突破，前面已有說明；第二，看看各大網(wǎng)站的轉載評論，一篇沒有實質(zhì)內(nèi)容的報導居然能引起一片贊嘆膜拜，“男默女淚”，比如天涯這個帖子后面的回帖：

圖片來源：http://bbs.tianya.cn/post-worldlook-1759498-1.shtml

做科學的應該實事求是，不要隨意夸大自己研究的重要性，應該主動避免使用“先進”之類的主觀描述語言。做了什么就說做了什么，不要用營銷方式，那么難嗎？對我來說，就像看到一張過渡修飾的美女照片，然后見了真人后的感覺。科學不要過度修飾，否則會失去人民的信任。

作為一個技術行業(yè)，核能是唯一設有公共關系研究方向的工業(yè)行業(yè)，專門研究怎樣“讓公眾接受核能”，其宣傳能力和心理戰(zhàn)能力不遜于專門的公關、大眾傳媒機構。由于中國宣傳途徑的特殊性，中國的核能宣傳尤其有效。大多數(shù)中國人看見的、了解的核能，跟世界上大多數(shù)其它國家，主要是工業(yè)化國家的人們眼中的核能，是不一樣的。

這次關于ADS的報道，或者說是宣傳，充分利用心理暗示，利用人們對不了解的事物、對神秘事物的好奇，對科學的敬仰和愛國的情懷，達到了極具影響力的營銷宣傳效果。

核能在安全性、經(jīng)濟性等方面都存在巨大風險。這些風險大多已經(jīng)被世界各國的研究和商業(yè)經(jīng)歷證明。國內(nèi)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。

參考資料

1. Analysis of the Parameters of the Target Unit of a Molten-Salt Subcritical Electronuclear Facility

http://link.springer.com/article/10.1007/s10512-014-9882-4

2.“太過先進，無法展示”的技術是什么？

http://www.nuclear.net.cn/portal.php?mod=view&aid=11676

3. 加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)—先進核燃料循環(huán)的選擇

http://www.wuli.ac.cn/fileup/PDF/2016-45-9-003.pdf

4. 美國能源部2010年ADS白皮書

https://science.energy.gov/~/media/hep/pdf/files/pdfs/ADS_White_Paper_final.pdf

5. 啟明星2#反應堆臨界運行方式的堆芯物理方案初步研究

http://wenku.baidu.com/link?url=56IHGoUcyz70F3uiIu-Q4KZUAOB1vNwhnfE7PeWP0tlbRQYli4VedcnVmGN9ScmA2y6fwFddlWgkc8Z4DvOHQnUaiCbGBjFUmqD6Cxdc0OW

6. 近代物理所ADS強流質(zhì)子超導直線加速器樣機研制取得重大進展

http://www.impcas.ac.cn/xwzx/kyjz/201611/t20161129_4711434.html

7. 如何評價中國核工業(yè)集團公司微博啟明星2號首次臨界，「太過先進無法展示」？

https://www.zhihu.com/question/54013882/answer/137667248

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賽先生系今日頭條簽約作者

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