中科院两大科学装置已落户惠州市惠东县稔平半岛黄埠镇东头村,预计投资68亿元,HIAF和CiADS配套工程合计总用地面积72.67万平方米,总建筑面积10万平方米,自2018年启动建设,预计在2025年-2026年建成。

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项目示意图

综合性国家科学中心建设,离不开国家大科学装置的推动,以及各类科研机构的建设。

被誉为“国之重器”的中科院两大科学装置分别是“加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)”与“强流重离子加速器装置(HIAF)”,这是“十二五”国家重大科技基础设施,具有重要战略意义。

国家大科学装置,又称国家重大科技基础设施,是我国实现诸多重大科技成果突破的“利器”。

惠州市惠东县稔平半岛黄埠镇东头村

建成后,该大科学装置将成为所在领域的国际领先水平。预计将吸引约1500名海内外科学家到惠州从事科研工作,有望在能源等领域产生大量原创性科研成果。这将使得我国在粒子与核领域、能源领域拥有具有国际领先水平的大科学装置。

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加速器驱动嬗变研究装置

CiADS项目新建建筑面积42550平方米,总投资18.17亿元,项目建设期6年。合作单位包括中国广核集团、中国原子能科学研究院、中科院高能物理研究所、中科院合肥物质科学研究院、中科院广州分院等。

“加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)”为长寿命核废料的安全处理处置,是影响核电持续发展的瓶颈。加速器驱动次临界反应堆系统(ADS)利用散裂中子嬗变核废料,大幅降低核废料放射性寿命,具有安全性高和嬗变能力强等特点,是安全处理核废料的最佳手段之一。

CiADS建成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,将为未来商用的加速器驱动先进核能系统(ADANES)探索和验证可行、优化的技术路线。

所谓加速器驱动先进核能系统(ADANES)主要由加速器驱动的燃烧器(ADB)和加速器驱动乏燃料再生(ADRUF)组成,设计思路是通过加速器嬗变技术驱动的燃烧器,在烧掉毒性强的废料同时增殖再生核燃料。

这是一种新型的核能系统,它实现了完全的燃料循环。该系统能够显著提高燃料效率,从目前的不足1%提升至超过95%。同时,它还能大幅减少核废料的产生,将其降低至原始量的4%,并且这些废料的衰变寿命缩短至不超过500年。这种改进不仅意味着核燃料的供应可以持续成千上万年,而且还能够将乏燃料利用到极致,实现彻底的榨取。

CiADS项目是ADANES第二阶段的研发,将建成国际上第一台兆瓦级加速器驱动嬗变研究装置。

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CiADS项目示意图

CiADS装置建成后,将满足我国长寿命高放核反应堆废料安全、妥善处理处置的研究需求,为我国核能可持续发展提供技术支撑,为未来商用加速器驱动先进核能系统探索和验证可行、优化的技术路线。

强流重离子加速器装置

HIAF项目新建建筑面积33120平方米,总投资15.21亿元,项目建设期7年。合作单位为北京大学。

“强流重离子加速器装置(HIAF)”是采用超导离子直线加速器和环形同步加速器相结合的最先进技术,是一台多学科用途的重离子科学研究装置,为研究原子核存在极限、核结构新现象和新规律、宇宙中重元素起源等重大科学问题提供重要支撑和技术保障。

HIAF项目示意图

HIAF项目提供的重离子脉冲流在国际上处于领先地位。该项目的技术或研发成果有望将我国的医用重离子治疗装置升级至2.0版本,这相当于将一台科学仪器转变为一种先进的制造装备,实现了升级换代,具有强大的推动力。

该系统由多个部分组成,包括强流超导离子源、超导直线加速器和增强器等。此外,实验终端也包含多个设备,如低能核结构谱仪、强流离子束辐照终端、放射性束流线和外靶实验终端等。

借助HIAF项目强大的实验平台,我们有理由期待在元素合成、宇宙起源和物质演化等基础物理研究领域取得重大突破。

过去重离子加速器是世界上发达国家才具备的大科学装置,比如美国、日本、德国等。在我国兰州也有一台重离子加速器装置,从重离子能量来看,排在全球第四、亚洲第一。位于惠州的HIAF建成后,将成为全球脉冲束流强度最高的重离子加速器装置,技术指标达到国际领先。

按照技术进展,到2030年,我国将完成基于CiADS的ADANES燃烧器经济性优化的关键技术攻关和有效示范,争取在“十五五”完成“高密度能源燃料研究装置”和“国际高亮度电子离子研究装置培育项目”的立项,建设超强宽谱辐照设施及相关核材料研发平台;到2035年后,完成ADANES集成优化与工业应用示范,为碳中和提供硬科技支撑,并实现产业化。

广东惠州市惠东县稔平半岛已被定位为能源科技岛、生命健康岛、高端旅游岛、生态宜居岛,新材料产业园与国内一流新材料产业基地、大湾区新材料科技创新基地。

此外,惠州还计划建设成为国内顶尖的新材料产业园和大湾区的新材料科技创新基地。这两大科学装置的独特性,为惠州的城市发展和竞争力提供了显著优势。通过与相关项目的紧密结合,有望促进惠州在科技含量高、竞争力强、附加值高的产业领域取得发展。目前,得益于先进能源科学与技术广东省实验室(东江实验室)的支持,这一发展愿景已经有了积极的开端。