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加速器駆動型未臨界炉（ADSR）は、実質的に未臨界の原子炉炉心と高エネルギーの陽子または電子加速器を組み合わせた原子炉設計である。燃料としてウランよりも豊富なトリウムを使用できる。[ 1 ]
核分裂プロセスを維持するために必要な中性子は、核破砕または光中性子生成によって中性子を生成する粒子加速器によって供給されます。これらの中性子はトリウムを活性化し、原子炉を臨界状態にする必要なく核分裂を可能にします。このような原子炉の利点の1つは、廃棄物の半減期が比較的短いことです。陽子加速器の場合、高エネルギー陽子ビームが炉心内の溶融鉛ターゲットに衝突し、鉛原子核から中性子を剥ぎ取ります。これらの核破砕中性子は、増殖性トリウムをプロトアクチニウム233に変換し、27日後に核分裂性ウラン233に変換し、ウランの核分裂反応を促進します。 [ 1 ]
トリウム原子炉は、ウラン原子炉が残したプルトニウム残渣から発電することができる。トリウムはウランとは異なり、高度な精製を必要とせず、吸収した中性子あたりの中性子収率も高い。
エネルギー増幅器は、まず粒子加速器（例えば、リニアック、シンクロトロン、サイクロトロン、FFAG）を使用して高エネルギー（相対論的）陽子のビームを生成します。このビームは、鉛、トリウム、ウランなどの重金属ターゲットの原子核に衝突するように向けられます。陽子ビームとターゲット間の非弾性衝突により核破砕が起こり、1イベントあたり20〜30個の中性子が生成されます。[ 2 ]核破砕源を囲む核分裂性物質の薄膜である中性子増幅器を使用することで中性子束を増やすことができる可能性があります。CANDU原子炉での中性子増幅の使用が提案されています。CANDUは臨界設計ですが、多くの概念は未臨界システムにも適用できます。[ 3 ] [ 4 ]トリウム原子核は中性子を吸収し、自然界には存在しないウランの同位体である核分裂性ウラン233を生成します。減速された中性子はU-233の核分裂を引き起こし、エネルギーを放出します。
シカゴ・パイル1号機で概念が確立され、初めて臨界が達成される以前、コロンビア大学の物理学者エンリコ・フェルミとハーバート・L・アンダーソンは、プリンストン大学で物理学者ロバート・R・ウィルソンとエドワード・クロイツと共に、エネルギー増幅器に似た未臨界実験であるA-12パイルを開発した。9キログラムの酸化ウランが490キログラムの黒鉛柱に埋め込まれ、プリンストン・サイクロトロンからの陽子によるベリリウムの核破砕が中性子源として使用された。この時期、米国とドイツの両方で行われた他のほとんどのパイル実験では、ラジウム・ベリリウムやラドン・ベリリウムなどのアルファ線放出体が使用された。[ 5 ]
この概念は、ノーベル賞を受賞した素粒子物理学者で、欧州原子核研究機構（CERN）の元所長であるイタリアの科学者カルロ・ルビア氏[6]に帰属する。彼は、800 MeVから1 GeVのビームエネルギーを持つ陽子サイクロトロン加速器と、燃料としてトリウム、冷却材として鉛を用いたターゲットに基づく発電炉（「ルビアトロン」という愛称で呼ばれる）の提案を発表した。ルビア氏の計画は、ロスアラモス国立研究所の原子核物理学者チャールズ・ボウマン氏率いるグループが開発したアイデアも取り入れている[ 7 ]。それ以前には、加速器駆動型未臨界原子炉というエネルギー増幅器の一般的な概念が、アルビン・M・ワインバーグ氏らが著した「第二の核時代」（1985年）62～64ページで取り上げられていた。
「多用途電子モデル」（EMMA）加速器は、ADSRをサポートできる新しいタイプの粒子加速器でした。プロトタイプは、英国チェシャーのデアズベリー研究所で構築されました。EMMAは、サイクロトロンとシンクロトロンの新しいハイブリッドであり、両者の利点をコンパクトで経済的な形で組み合わせた独自のものでした。EMMAは、非スケーリング固定磁場交互勾配（FFAG）加速器でした。プロトタイプは、既存のALICE加速器をインジェクターとして使用し、電子を10～20 MeVまで加速しました。FFAG加速器では、加速中に偏向磁石内の磁場が一定であるため、粒子ビームは運動量が増加するにつれて半径方向に外側に移動します。非スケーリングFFAGでは、「ベータトロンチューン」と呼ばれる量が制御されずに変化します。従来のシンクロトロンでは、このような変化は、チューンがさまざまな共鳴条件に達するとビーム損失につながります。しかし、EMMAでは、ビームがこれらの共鳴を非常に速く通過するため、ビームは生き残ります。このプロトタイプは陽子ではなく電子を加速するが、同じ原理を用いて陽子発生器を構築することができる。[ 8 ] [ 9 ]
ノルウェーのグループであるAker Solutionsは、ノーベル賞受賞物理学者カルロ・ルビアが保有する米国特許5774514 「粒子ビーム加速器駆動の原子力発電用エネルギー増幅器」を購入し、2013年時点でトリウム原子炉の開発に取り組んでいた。同社は、小規模な電力網に供給でき、安全とセキュリティのために巨大な施設を必要としない、地下に設置された600メガワットの小型原子炉のネットワークを提案している。最初の原子炉の費用は20億ポンドと見積もられている。[ 10 ]リチャード・ガーウィンとジョルジュ・シャルパックは、著書「メガワットとメガトン：核時代の転換点か？」(2001)の153～163ページでエネルギー増幅器について詳しく説明している。それ以前には、加速器駆動の未臨界原子炉というエネルギー増幅器の一般的な概念が、アルビン・M・ワインバーグらが著した「第二の核時代」(1985)で取り上げられていた。
OMEGAプロジェクト（アクチニドと核分裂生成物からの追加利得のオプション作成（オメガ計画））は、日本における加速器駆動システム（ADS）の方法論の一つとして研究されている。[ 11 ]
この構想には、従来の核分裂炉に比べていくつかの潜在的な利点がある。