啟明星Ⅱ號，它其實是加速器與反應堆的結合系統。

利用這個系統，未來它能變廢為寶，把現在還爛大街的釷變成核燃料，也能把無法參與裂變的鈾238變成裂變燃料，也就是說，啟明星Ⅱ號是一個「能量放大器」。

問題是，它靠什麼？

答案是無數的中子。

所以，現在的問題是：

如何廉價、且穩定地產生大量中子？

中子哪裡有？當然是在原子核中了，我們很難在市面上抓到哪怕1粒自由中子，即使你走運抓到了它，但你擁有它的時間絕不會超過14分鐘42秒，超過這時間，它就變成了質子和電子，還有1個反中微子，有時還順帶一道伽馬射線γ。

中子衰變。

獲得中子有一個看似很笨，卻極其有效的途徑，這就是「打」。就像一棵結滿密密麻麻蘋果的樹，你隨便扔一塊石頭過去，怎麼說也能將一兩個蘋果砸下來。

而你砸一次，到底能砸下幾個蘋果，其實跟三個因素有關。

一是：這樹上的果子是否足夠多，假設樹上只有一個蘋果，則你砸下來的概率幾乎為零。因此，既然要砸，就得找那種果子很密的樹。同理，當我們要選中一種原子核作為生產中子的對象時，也得找哪種核子比較多的元素，比如鉛、汞等。鉛的208個核子中，中子就佔了126個。

二是：你用什麼去砸。一塊石頭，還是一個饅頭，這是天差地別。因此，我們要想從原子核中砸出中子，那麼選用什麼東西去砸很關鍵。電子看來是不行了，它太輕。有人說這還不簡單，用中子呀！

先不說，咱們現在明明是要生產中子。只說一點，給你一個中子，你扔得出去嗎？中子不帶電，你沒法加速它。因此，要從原子核中砸出中子，最好的工具就是質子。

問題又來了，要用質子去砸出中子，但前提是，我們得有很多質子，去哪裡找？它們還是在原子核中呀。

這個倒是簡單，因為氫只是一個質子和一個電子的結合體，只要把氫核外面的電子剝離，它就是純種的質子了。

好了，現在目標靶已經有了，這就是鉛。砸的工具就是質子。還剩下一個問題，如果你把質子軟綿綿地扔出去，顯然也是難以砸出中子的。所以……

第三個影響因素就是，該怎麼做，才能使出更大的勁扔質子。這就是加速器。

質子加速器

使用加速器將質子束加速後，去撞擊鉛靶，經過計算（當然還有精確的測量），平均起來，1粒質子撞在鉛靶上後，能砸出20到30個中子，這很厲害了，真的。小時候去摘別人家的梨，一塊石頭扔出去，頂多也就從樹上掉下來三五個。

補充一下，質子從鉛核中砸出大量中子的過程叫做「散裂」，圖片作者Anynobody。

雖然1粒質子扔出去能砸出20到30粒中子，但我們絕不敢這樣說，這些中子都能去把20到30粒釷原子變成核燃料。

少算一點，假使1粒質子撞擊鉛靶產生的中子可讓5粒釷原子變成鈾原子，那這也是大賺的。因為一粒鈾原子裂變會產生大約200兆電子伏的能量，這又是多大的能量呢？

Richard Rhodes的書《The Making of the Atomic Bomb》曾獲得普利策非小說獎，而在這本書中，Richard Rhodes說，一粒鈾原子裂變後的能量足以使一粒可見的沙子跳動。

最後，我們還沒有算上1粒鈾原子裂變後，又會放出2到3個新中子的事。總之就是，當我們使用一定的能量去加速質子，並讓其轟擊鉛靶，從而產生大量中子，繼而將大量釷變成核燃料時，得到的能量是多於所耗費的能量的，而此過程就是「能量放大器」。

首次提出「能量放大器」這個概念的時間上世紀九十年代初，提出者是曾獲得諾貝爾獎的粒子物理學家卡羅·魯比亞。

現在，「能量放大器」這個概念又被叫做「加速器驅動次臨界反應堆」，簡稱ADS。

現在我們知道了，所謂ADS，它其實是加速器和反應堆的結合體。這跟咱們熟悉的核電站有著本質的不同。

那麼，ADS與大家的熟悉的傳統反應堆相比，它有哪些潛在優點呢？

本徵安全性

早期的原子彈，比如「小男孩」，其使用的是「槍式」設計，彈體裡面有兩塊鈾235，但相隔一段距離，安全無事，起爆時，先是傳統炸藥爆炸，將其中一塊鈾射向另一塊鈾，導致大大超過臨界質量而發生核爆，這就是超臨界。

而傳統反應堆屬於臨界反應堆，其自身產生的中子剛好能維持自身的連鎖反應。無論如何，核電站都不會像核彈那般爆炸，這是由物理現象決定的。最厲害的核事故，切爾諾貝利，其事故原因是反應堆功率突然變大了，導致蒸汽聚集而爆炸，並非核彈中的超臨界。

而有些核反應堆，其產生的中子無法維持自身持續的核反應，這樣的反應堆稱為次臨界堆。

雖然現代的核電站不可能再發生類似切爾諾貝利那樣的核事故，但是，甭管怎樣，從安全性上來說，次臨界堆大於臨界堆。

ADS全稱「加速器驅動次臨界反應堆」，這意味著，ADS具有本徵安全性，因為驅動的是次臨界堆，只要把加速器斷電，外部中子就瞬間消失了，而反應堆可在毫秒級的時間內停堆。當然，停堆後，反應堆還會有餘熱，但它不會再產生連鎖反應，因為其之前本身就處於次臨界狀態，現在又停止中子供應，其安全性必然高於次臨界狀態。

用途廣泛

遠期，待技術成熟後，加速器產生的大量中子可將蘊藏量是鈾的3到4倍的釷變成核燃料，更可以將佔99.27%的鈾238變成可裂變的鈈。

而近期，各國主要的研究方向是利用ADS「焚燒」乏燃料，這是當務之急。

若研製成功，則ADS可將乏燃料中那些半衰期高達數十萬年的放射性廢物變成幾百年的短壽命廢物，將短壽命廢物變成裂變產物，並在此過程中發電。

除了以上兩個作用，還有一個不太重要的作用，這就是給未來的聚變堆「造」燃料。

聚變反應有多種，比如兩個質子（氫核）就能聚變成氘。然而這種聚變太難，只有太陽的內部纔能有此神力。

對於人類來說，難度最低的方式是氘與氚的聚變。如果這種聚變不能實現，其他形式的聚變更是沒戲。

但假如氘氚聚變實現了，那麼，燃料也是個問題，氘可以從海水中提取，但氚的壽命只有12.32年，地球誕生之初就存在的氚必然是沒了。而自然界中的氚，是宇宙射線轟擊大氣後的產物，極其微量。因此，還得人為造，方式就是用中子轟擊鋰。

根據1996年美國能源部的報告稱，自1955年以來，美國生產了225公斤的氚。但由於衰變，每隔12.3年就減少一半，所以，其總量到1996年時只剩下大約75公斤了，而現在是2018年，剩下的就更少了，虧大了。

這就是說，ADS中的質子加速器未來可以較為廉價地生產氚，現做現用，性價比高。

中國的啟明星Ⅱ號

ADS如此科幻，那麼中國在這方面怎樣？

根據中科院官網顯示，中科院Ａ類戰略性先導科技專項「ADS嬗變系統鉛基核反應堆零功率裝置」，又叫「啟明星Ⅱ號」，於2016年底首次實現臨界。

2017年3月17日，啟明星II號進行了現場測試，並達標。

最後，ADS離不開強大的質子加速器。

2017年6月5日，國際首臺25MeV連續波超導質子直線加速器通過達標測試。根據報道，這在國際上是第一次實現了超導直線加速器能量為25MeV的連續波質子束流。

注意，是連續波，不是時斷時續的脈衝。

圖為25MeV連續波超導質子直線加速器，圖片來自中科院。

綜上所述，中國團隊在連續波超導質子直線加速器方面處於國際領先地位。

出品：科普中國

製作：寒木釣萌

監製：中國科學院計算機網路信息中心

「科普中國」是中國科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。

本文由科普中國融合創作出品。

謝邀。我在物理學方面沒有知識，因此無法回答此問題。但我對我國在科學技術方面的任何進步，都感到欣慰。我們國家能在如此短的時間內，在科技方面取得如此高的成就，這是中國人的驕傲，更是廣大科技工作者的驕傲。現在世界各國都在高科技領域競爭。惟願我國的科技工作者，百尺竿頭，更進一步，勇攀世界科技高峯，使我們國家不僅在其他方面，而且在科技這方面，也成為世界強國。

歡迎點評。

ADS嬗變這個事情本身很有意義，對於專業外的人士來說，也的確不太好說明白，做到目前這個階段的確有很大的進步，但是用所謂太過先進無法展示來形容就有點過了，個人感覺也就是個為了吸人別人注意的標題吧，不要太當著。

這條「新聞」其實是「含糊不清」的。ADS的原理，其實就是「脈衝散裂中子源」加上「次臨界核反應堆」。其中「脈衝散裂中子源」就是東莞已經建成並且運行的那個。但它不存在什麼「臨界」的事情。只有「核反應堆」纔有「臨界狀態」一說。

這裡說的「零功率裝置」，實際上是指這種核反應堆設計時，就必須把功率做的很小，只有幾瓦。這是核安全法規規定的，任何一種新型的核反應堆，必須先建造這樣的「零功率裝置」，來驗證這種新型核反應堆的安全性。只有在實際驗證了它的安全性達到了最初的設計要求時，才能繼續設計「大功率的核反應堆」。實際上，恩里科·費米在芝加哥大學領銜建造的世界上第一座核反應堆，就是一種「零功率裝置」。在首次達到臨界狀態後，只運行了幾分鐘，就停止運行，然後被拆掉了。

所以，普通的核反應堆，達到「首次臨界」是必須的，也是很平常的事情。但這裡沒有說清楚，這個「啟明星二號」，是自己本身「達到首次臨界」？還是在「脈衝散裂中子源」的中子輻照下達到了「首次臨界」？

如果是前者，那沒有什麼「稀奇的」。但如果是後者，那就「很先進」了，肯定是世界上第一次這樣的「核反應堆實驗」，確實可以稱為「太過先進」的。

但我估計是前者，因為直到今2018年，東莞散裂中子源才開始「實際運行」，而這個消息去年就出來了。說是在2016年底達到「首次臨界」，那時東莞散裂中子源還在建造，根本不可能與「啟明星二號」一起做實驗。

另外再說一些，消息裡面提到的25MeV質子直線加速器，根本就不可能引發「散裂核反應」，因為質子的能量太低了。必須達到500MeV以上纔行。美國人首次做「散裂核反應」，使用的是800 MeV的質子，東莞散裂中子源使用的是1000MeV的質子。那個帖子裏沒敢說這些事實吧？現在有些人就是喜歡「誇大成績」，明明是靠核反應堆自身達到「首次臨界」的，非要含糊其詞，弄的好像是「世界首次」一樣。核反應堆自身達到臨界狀態，那是「稀鬆平常」的事情，算什麼「太過先進」？達不到那叫「設計失敗」。

啟明星是一個衛星，我國已經在衛星上實現了臨界狀態，這是非常先進的。這個不怕展示，因為過於先進，就是給你說了你也做不了。如果天氣比較好，空氣比較好，我們可以在傍晚通過肉眼就可以看見。用天文望遠鏡可以看到更好的效果。

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