先进核裂变能的燃料增殖与嬗变

　　能源与环境是人类赖以生存和发展的基础。迄今，全世界大约16%的电力来自核能。尽管2011年3月发生了日本福岛核事故，但国际原子能机构最新报告指出“核能前景仍然光明”，因为发展核能的基本推动力没有变化。我国也明确提出了在安全前提下高效发展核电的方针。我国核能事业的发展，对核能相关基础研究带来了良好的契机和巨大的挑战。总体上我国在先进核能及相关技术的科学基础方面仍比较薄弱，尚不能完全适应自主创新发展核能的需求，亟待加强。另外，福岛核事故的发生，对核能安全提出了更严格的要求。在科学基金的框架内，以科学为基础，以目标为导向，从基础研究入手，加强核能领域的重大基础科学问题研究，对于提升我国核能发展的自主创新能力具有重要的战略意义。本重大研究计划的设立即是为达到此目的。

一、科学目标

　　（一）总体科学目标

　　围绕国家重大需求，根据国内外研究现状和发展趋势以及国家能源发展中长期规划，遵循“有限目标、稳定支持、集成升华、跨越发展”的总体思路，围绕核燃料增殖与嬗变这一重大方向进行前瞻布局，开展创新性研究，争取重大创新突破；探索和发展先进核裂变能体系中的新机理、新方法、新技术、新材料，培养和扩充高水平研究人才队伍，使我国在国际上该领域的前沿研究中占有一席之地；为支撑安全性更好的第三代核电的发展、为实现我国第四代核电研究中进入国际先进行列，建立具有创新能力和自主知识产权的核能产业体系提供必需的科学依据、技术积累和人才支持。

　　（二）具体科学目标

　　1. 在核燃料增殖与嬗变的新现象、新机理、新方法、新技术方面

　　（1）深入理解锕系元素的物理化学和核性质，尤其是5f电子结构引起的复杂性质， 获取新的与核裂变有关的反应通道和机制。

　　（2）探索核燃料增殖与嬗变的新方法，提出长寿命高放废物嬗变的新机理、新方案，优化核燃料增殖与嬗变途径。

　　（3）提出铀钍钚以及次锕系和重要裂变产物的分离机理和方法。

　　2. 在核能应用基础方面

　　（1）发展新型核燃料循环的基本方法和用于ADS设计的关键技术与方法。

　　（2）建立相对完善的核燃料增殖与嬗变相关数据库及计算方法。

　　（3）建立与发展核燃料增殖与嬗变体系中的新型分离技术。

　　（4）发展新型核燃料、结构功能材料和分离材料。

二、核心科学问题

　　体现基础性、前瞻性、先导性的要求，围绕先进核裂变能体系中核燃料增殖与嬗变的研究为主线，加强实验研究、促进理论与实验的结合、孕育新机理的产生、紧密结合国家中长期核能发展规划，本重大研究计划凝练出三大核心科学问题。

　　1．先进核裂变能体系中的核燃料及其核过程

　　重点是核燃料体系的中子学及中子经济性， U-233等的增殖过程及其相关核反应参数与机理；新型核燃料的制备、表征与机理；具有5f电子结构的锕系元素的复杂物理化学行为。

　　2．核燃料在先进反应堆燃烧过程中的基本行为及其增殖与嬗变

　　重点是加速器驱动次临界系统（ADS）的堆器耦合及相关堆物理、堆热工；强流质子加速器的物理基础与关键技术；快堆和钍堆的堆物理、堆热工及其耦合；先进核燃料增殖与嬗变的新机理及理论模拟研究；新型核检测技术；新型核能结构功能材料的设计、制备与表征。

　　3．乏燃料后处理的新方法与新机理

　　重点是关键长寿命放射性核素和次锕系核素的物理化学行为；新型分离材料；乏燃料后处理新方法；干法后处理的基本科学问题。

三、实施方式

　　本重大研究计划主要以“培育项目”和“重点支持项目”的形式予以资助。两类项目在资助强度和实现目标上有所不同。对有较好的创新学术思路和研究价值，但尚需进一步探索研究的申请项目，将以“培育项目”方式予以资助；对有很好的创新学术思想和研究价值，有良好的研究基础和成果积累，且对研究计划总体目标有较大贡献的申请项目，将以“重点支持项目”的方式予以资助。根据项目执行的年度进展情况或考察结果，本重大研究计划将适度调整获准项目的资助经费（中止课题或追加经费）。

四、遴选项目的基本原则

　　为确保实现总体目标，本重大研究计划鼓励：

　　（1）具有原始创新思路和独具特色的探索性研究；

　　（2）与总体目标紧密相关的关键技术研究；

　　（3）数理、化学和材料等学科的交叉合作研究；

　　（4）吸收海外优秀科学家参与研究；

　　（5）科学目标明确的系统研究与提升。

五、2013年度拟资助的研究方向和研究项目

　　本重大研究计划设立以来的实施情况及存在问题：

　　（1）新型核燃料的研制和表征方向上申请不足；

　　（2）堆热工及其结构、表面材料方面申请书不少，但重点牵引不足；

　　（3）ADS相关研究已经初步形成重点+培育的项目群；

　　（4）乏燃料后处理的研究不足；

　　（5）热态实验研究比较缺乏，模拟研究基本上基于通用软件。

　　2013年度的资助原则：侧重支持与核燃料增殖与嬗变相关的基础科学研究，支持与先进堆型相关的工艺技术及安全性等重要问题所牵引的科学研究，进行重要方向的系统性布局。

　　申请人可根据“重点支持项目”或“培育项目”的研究方向，选择其中的一个或几个方面提出申请，无需覆盖《指南》中“重点支持项目”或“培育项目”的全部内容。此外，需自行确定项目名称、科学目标（申请重点项目的应对《指南》中提出的预期目标进行分解和细化）、技术路线和相应的研究经费。请申请人在申请书开头说明，是根据以下三大方面中哪个或哪几个内容提出申请。

　　（一）先进核裂变能体系中的核燃料及其核过程方面

　　1．“重点支持项目”的研究方向：新型核燃料的设计、制备、结构、表征、性能与机理研究

　　主要研究内容：探索在安全性和经济性等方面更优越的新型核燃料的组成、制备、结构与表征；核燃料微结构与其性质的相关性。

　　预期目标：取得一批新型核燃料制备、结构、性能及其机理的创新成果。对该部分研究内容，申请书应明确预期成果。

　　2．“培育项目”的研究方向

　　（1）先进核燃料增殖和嬗变的新机理及理论模拟；

　　（2）面向核能系统重要科学问题的模拟研究软件开发，钍铀燃料循环相关核参数与中子学研究等相关核素数据库的建立；

　　（3）核燃料的高效提取和纯化的新方法，核燃料超高温性质、乏燃料能源转换的基本问题等。

　　（二）核燃料堆内燃烧的基本行为及其增殖/嬗变方面

　　1．“重点支持项目”的研究方向：钍基燃料熔盐堆堆物理、堆热工

　　主要研究内容：氟化物熔盐的热物理参数研究和核特性的理论与实验；熔盐堆堆物理-堆热工的耦合方法和计算方法；高核燃料增殖比的新型高效钍基燃料熔盐增殖堆的方案与安全评价；模块化熔盐堆条件下的堆物理与热工研究；熔盐堆中的液态核燃料闭式循环科学问题。

　　预期目标：取得一批关于熔盐堆堆物理-堆热工的耦合方法和计算方法方面的创新成果，在此基础上建立可靠的熔盐堆堆安全性评价参数和标准。对该部分研究内容，申请书应明确预期成果。

　　2．“培育项目”的研究方向

　　（1）熔盐环境下的含包覆燃料颗粒的石墨堆芯中子输运的双重非均匀性物理模型与计算方法研究；

　　（2）不同类型核燃料在反应堆燃烧过程中的裂变产物的分异作用及其机理，ADS嬗变长寿命核素的基本过程；

　　（3）新型核结构材料的设计、合成及其抗腐蚀与抗辐射性质研究。

　　（三）乏燃料后处理的新方法和新机理方面

　　1.“重点支持项目”的研究方向：乏燃料后处理的应用基础研究

　　主要研究内容：研究适用于乏燃料后处理体系的新型功能化分离材料并研究其分离机理，进行必要的热实验验证。研究乏燃料后处理新方法和新机理。

　　预期目标：取得一批关于新型功能化分离材料应用于乏燃料后处理的分离化学行为或固体物理化学行为及其机理，为我国的乏燃料后处理新技术发展国家重大需求提供科学依据。对该部分研究内容，申请书应明确预期成果。

　　2．“培育项目”的研究方向

　　（1）乏燃料干法后处理过程的重要理论基础和关键技术问题；

　　（2）乏燃料后处理中关键放射性核素的化学种态、迁移行为及其机理研究；

　　（3）与核事故和核污染相关的新型检测方法及其机理。

六、2013年度资助计划

　　2013年度拟资助“培育项目”约12项，平均资助强度不低于70万元／项，资助期限为3年；拟资助“重点支持项目”约3项，资助强度约300万～600万元／项，资助期限为4年。2013年度资助项目总经费约3 000万元。

七、申请注意事项

　　（1）申请人在填报申请书前，应当认真阅读本《指南》。申请书的研究内容和研究目标须与本重大研究计划密切相关，不符合本《指南》项目指南的申请将不予受理。

　　（2）根据当年度《指南》公布的拟资助研究方向，申请人可自行确定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费。申请书资助类别选择“重大研究计划”，亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”，附注说明选择“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”（以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理）。申请代码1和2根据申请的具体研究内容作相应的选择（即数理科学部、化学科学部和工程与材料科学部等相应学科的申请代码，代码1和2可以是不同科学部的）。

　　（3）为加强项目的学术交流，促进项目群的形成，促进多学科交叉与集成，本重大研究计划每年举办一次资助项目的年度学术交流会，并不定期地组织相关领域的学术研讨会，获资助项目负责人有义务参加重大研究计划指导专家组和管理工作组所组织的上述学术交流活动。

　　（4）申请书由数理科学部负责受理。