English version
设为首页 | 网站导航 | 收藏本站

“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”重大研究计划2010年度项目指南

日期 2010-08-05   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  能源与环境是人类赖以生存和发展的基础。随着人类现代化进程的加快,核能的发展越来越受到众多国家的重视。截止到2009年3月,全世界共有436座商用核电机组在运行,为全世界提供大约16%的电力。我国也明确提出了大力发展核电的政策, 预计到2020年我国核电装机容量占总发电量的比重将从目前的不到2%提高到7 %左右。我国核能事业的迅速发展,对核能相关基础学科的发展带来了良好的契机和巨大的挑战。总体上在先进核能发展及相关配套工程的科学基础方面我国仍相当薄弱,不能适应自主创新发展的需求,亟待加强。在国家自然科学基金的框架内,从基础研究入手,加强核能领域的重大基础科学问题研究,开展先进核能系统方面的基础研究,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开展研究,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,使我国在国际该领域的前沿研究中占有一席之地;为支撑第三代核电的发展、为实现我国在第四代核电研究中处于国际先进行列,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)深入理解具有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,并解决或部分解决重要核素的分离问题。

  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

  按照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个核心科学问题。

  (一)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。

  (二)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;快堆和先进钍堆的堆物理、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。

  (三)乏燃料后处理的新方法与新机理。

  重点是高浓钚与其它关键长寿命放射性核素的物理化学行为、新型分离材料与长寿命放射性核素分离嬗变新方法;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,且对重大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:

  (一)具有原始创新思路和独具特色的探索性研究;

  (二)与总体目标紧密相关的关键技术研究;

  (三)数理、化学和材料等学科的交叉合作研究;

  (四)吸收海外优秀科学家参与研究。

  五、2010年度拟资助的研究方向和研究项目

  2010年度拟资助如下领域的“重点支持项目”和“培育项目”。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;亦需自行确定项目名称、科学目标(申请重点支持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。

  (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:钍铀燃料循环核参数与中子学研究。

  主要研究内容:与核燃料增殖和嬗变有关的核反应理论模型、次锕系核素中子吸收截面;若干长寿命放射性重核的核反应机制和核衰变性质;钍铀循环相关核素评价核参数库、钍铀循环相关裂变核和裂变产物核的中子核反应和裂变产额等相关数据库的建立;评价核数据应用于堆中子学分析的理论、方法和程序。

  预期目标:取得钍铀燃料循环中部分新的关键核数据,建立可靠的钍铀循环核数据评价体系,明确钍铀燃料循环若干长寿命放射性重核的核反应机制和核衰变性质。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)新型核燃料的组成、结构、表征、功能与机理。

  (2)核燃料的高效提取和纯化的新方法。

  (3)新型核燃料体系的中子学及具有5f电子结构的锕系元素的复杂物理化学行为。

  (4)先进核燃料增殖与嬗变的新机理及理论模拟。

  (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”的研究方向之一:次临界堆的时空相关堆物理、堆热工及其耦合。

  主要研究内容:散裂源中子位置、能量、分布和中子价值对次临界堆的空间三维稳态中子注量率分布的影响机理;散裂中子分布模型与次临界堆的瞬态响应过程和影响机理,该模型下极端瞬态过程选择依据和方法;瞬态过程中次临界堆安全性的影响因素和程度;次临界堆三维时空中子动力学模型、瞬态热工变化模型及相互耦合模型的建立与计算程序的研制;功率和中子注量率的时空分布变化形成机理;嬗变次锕系和长寿命裂片元素对次临界堆安全性的影响与机理。

  预期目标:取得一批关于次临界堆中子注入、堆瞬态响应过程和安全影响因素及其机理的创新成果,在此基础上建立可靠的次临界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.“重点支持项目”的研究方向之二:ADS强流质子加速器关键技术与方法。

  主要研究内容:强流束传输粒子动力学,束流损失和束流发射度改进的机制;先进束流诊断技术和RAMI技术的发展;低发射度、高流强、高稳定度和高可靠性的质子源;低β和中β超导加速结构的物理与技术相结合的实验研究,原型腔和高功率耦合器的研制与实验测量。

  预期目标:取得一批ADS加速器关键技术与方法的创新成果,为ADS在核燃料增殖和嬗变中的应用提供必须的科学基础和研究方法。对该部分研究内容,申请书应明确预期成果。

  3. “重点支持项目”的研究方向之三:核能环境中材料微结构的演变规律和机理。

  主要研究内容;深燃耗核燃料元件结构材料的辐照损伤及其对结构、力学性能和长期稳定性的影响;强辐照、高温、高应力及强腐蚀等极端条件下,材料的微观结构演化和相稳定性、界面处化学与结构演化、力学性能演化的规律和机理;高剂量原子位移、氢和氦协同作用下材料的辐照效应及材料中辐照缺陷产生、迁移与湮灭机理和纳米界面演化动力学;多元系统中材料载能粒子辐照效应现象的跨多时空尺度的建模与计算机数值模拟。

  预期目标:在核能环境中材料微结构的演变规律和机理研究取得实际性进展,为材料的制备奠定基础;在实验室规模合成有自主知识产权、且在核能体系有应用前景的新材料。对该部分研究内容,申请书应明确预期成果。

  4.“培育项目”的研究方向。

  (1)钍基燃料熔盐堆堆物理、堆热工及其耦合。

  (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。

  (3)ADS的加速器与反应堆耦合处的散裂靶件类型和性能研究,以及ADS嬗变长寿命核素的基本过程。

  (4)新型耐高温、耐腐蚀、抗辐照、长寿命材料的设计、合成与表征。

  (5)新型核检测与核探针。

  (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:乏燃料后处理新方法的物理与化学过程。

  主要研究内容:高浓度钚溶液的化学行为及其机理,高浓度钚溶液自辐解效应及其对钚溶液的歧化、水解、沉淀、聚合等行为的影响,后处理工艺中高浓度钚溶液萃取、转化和储存过程中特殊化学行为及其机理;乏燃料干法后处理过程的重要理论基础和关键技术问题;极端条件下(强放射性辐射、高温和高卤素浓度)的耐腐蚀结构材料及性质。

  预期目标:取得一批关于高浓钚的溶液化学行为与萃取化学行为及其机理、干法后处理中关键问题的创新成果,为高浓度钚在后处理过程中的高效安全回收提供科学依据,为干法后处理技术的发展奠定基础。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)钍基燃料的后处理方法。

  (2)长寿命裂变产物分离嬗变新方法及其安全处置。

  (3)乏燃料后处理中的新型分离材料(离子液体、超分子识别材料、纳米材料等)。

  六、2010年度资助计划

  2010年度拟资助“培育项目”18项,平均资助强度70万元/项左右,项目执行期为3年;拟资助“重点支持项目”5项,资助强度300-500万元/项,项目执行期为4年。2010年度资助项目总经费约3600万元。

  七、申请注意事项

  (一)申请人在填报申请书前,应认真阅读本指南。必须在该重大研究计划的核心科学问题内进行选题,同时要体现学科交叉研究的特征以及对解决核心科学问题和实现计划总体目标的贡献。不符合项目指南的申请将不予受理。

  (二)申请书中的资助类别选择“重大研究计划”,亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”,附注说明均须选择“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)。根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码。

  (三)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将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。

  (四)申请书由数理科学部负责受理。

版权所有:国家自然科学基金委员会 京ICP备05002826号
Copyright 2005 NSFC, All Right Reserved