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重大研究计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”2014年度项目指南

 

  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要求。在国家自然科学基金的框架内,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、结构与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大核心科学问题。

  (一)先进核裂变能体系中的核燃料及其核过程。

  (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。

  (三)乏燃料后处理的新方法与新机理。

  三、实施方式和总体资助情况

  本重大研究计划遵循“有限目标、稳定支持、集成升华、跨越发展”的总体思路,2010年~2013年四年资助期主要以“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,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,以“重点支持项目”的方式予以资助。2014年~2015年资助期主要以“集成项目”形式予以资助。

  本重大研究计划自2010年实施以来,针对计划设定的核心科学问题,充分发挥核物理、加速器物理和技术、核化学与放射化学、材料科学、反应堆物理、核安全等多学科交叉合作的优势,围绕先进燃料循环中的燃料增殖与嬗变的关键问题,开展了卓有成效的研究。在ADS加速器物理与散裂靶相关材料、反应堆及其安全性、核材料、锕系元素分离等四个方面进行了布局。2010年度到2013年度共正式发布指南和受理申请四次。收到申请书共计321份(其中培育项目248 份,重点支持项目73份)。经专家评审,共资助研究项目83项(其中培育项目64项,重点支持项目 17 项),资助总经费13900万元。

  四、2014年度项目集成方向

  2014年度是本重大研究计划实施的第5年,拟安排项目经费约3100万元,经费全部用于项目集成。

  集成项目要求:

  (1)本重大研究计划已资助项目;

  (2)本重大研究计划指导专家组推荐项目(申请材料中应包含至少2位专家组成员的推荐信)。

  本年度重点集成方向:

  1、ADS关键技术与新概念设计关键问题研究——(拟安排经费2000万元)

  (1)连续波强流低能离子束的传输与加速(拟安排经费1000万元)

  实验研究强流(10mA)连续波超导直线加速器在低能量段(25 MeV)的常温和超导之间的匹配、耦合、集成以及超导腔集体效应,揭示束流损失、超导腔集体效应产生的机制,研究提高超导腔高品质因素的若干关键技术及其作用机理。

  (2)ADS新原理新概念靶堆系统关键问题研究(拟安排经费1000万元)

  结合关键技术实验验证,研究颗粒流输运过程和传热机理,优化基于颗粒流的ADS新原理新概念靶堆系统物理设计,发展超大规模颗粒流输运过程计算机模拟,研究发展ADS器靶堆耦合新技术,集成ADS相关设计分析软件与数据库。

  2、先进核能系统用高性能材料研究及其抗辐照性能评价——(拟安排经费1000万元)

  研究并探索在中子和带电粒子辐照条件下,SiCf/SiC复合材料及SiC材料的结构、性能变化规律及其机理,为研制出先进核能系统用高性能SiCf/SiC复合材料及SiC相关材料奠定基础;评价材料在辐照条件下结构和性能的变化及其在核环境条件下的服役性能,提出辐照样品的标准化方法,建立重离子和质子辐照效应评价的比对标准。

  3、乏燃料后处理关键问题集成研究——(拟安排经费1600万元)

  重点研究1-2种性能优异且有应用前景的镧锕分离配体对锕系组内及镧锕组间的分离,建立台架实验,实现毫居级Am与三价镧系元素的有效分离,其中Am中镧系元素分离系数大于100,镧系元素中241Am分离系数大于1000,若干重要锕系元素的分离系数大于1000。建立有应用前景的合金化分离镧锕系方法,实现LiCl-KCl-AlCl3熔盐中克级UO2的完全溶解,在活性Al阴极分离出克级U-Al合金;实现克级镧锕系分离并研究其机理。镧锕分离系数不低于500,锕系元素回收率不低于95%。

  五、申请注意事项

  (1)申请人应当认真阅读本《指南》,不符合《指南》的申请项目不予受理。

  (2)根据安排,本重大研究计划2014年度只接收集成项目申请。

  (3)2014年度本重大研究计划拟资助集成项目2~3项,平均资助强度为1000~1500万元/项(视目标凝练和评议情况由指导专家和评审专家组确定资助额度),资助期限为3年,即申请书资助年限为2015年1月~2017年12月。

  (4)集成项目应突出有限目标和重点突破,明确对实现研究计划总体目标和解决核心科学问题的贡献。申请书内容应体现如下几个方面:① 在集成方向相关领域近期取得的主要进展;② 通过集成拟重点突破的研究内容、拟达到的研究目标或技术指标;③ 为实现总体科学目标和多学科集成的需要,申请人应承诺在研究材料、基础数据和实验平台上的共享。为避免重复资助,项目申请应注意与科技重大专项、863计划和973计划等国家相关科技计划的区别、关联与侧重。

  (5)申请书中的资助类别应选择“重大研究计划”,亚类说明选择 “集成项目”,附注说明选择“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”,根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码1和申请代码2(即数理科学部、化学科学部和工程与材料科学部等相应各学科的申请代码,代码1和2可以是不同科学部的);以上选择(书写)不准确或未选择(书写)的项目申请将不予受理。

  (6)为加强项目的学术交流,促进项目群的形成和多学科交叉与集成,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。

  (7)“集成项目”不计入高级专业技术职务(职称)人员申请和承担项目总数的限制范围,项目承担单位数合计不超过5个,主要参与者必须是“集成项目”的实际贡献者,合计人数不超过9人。

  (8)申请书由数理科学部负责受理。