助力未來

工程師們正在為下一代核動力堆做準備， 旨在提高能源安全和減緩氣候變化。包括小型模塊堆在內的許多先進反應堆設計都將需要高豐度低濃鈾燃料，這種燃料的鈾-235含量在5%到20%之間，超過了大多數在運核電廠燃料所需的5%鈾-235含量。

“高豐度低濃鈾燃料將實現更加小型化設計、運行周期更長和效率更高。”原子能機構核燃料循環和廢物技術司司長Olena Mykolaichuk說，“然而，為了充分利用高豐度低濃鈾燃料的好處，一些國家正在提高產能，以確保有充足的供應，這對小型模塊堆的部署至關重要。”

俄羅斯聯邦和美國已在生產高豐度低濃鈾，主要用于研究堆和在運輕水堆。俄羅斯設施是目前唯一一個以商業規模生產高豐度低濃鈾的設施。

去年，歐洲原子能共同體供應局編寫了一份關于歐洲已經改造或即將改造成以高豐度低濃鈾為燃料的研究堆的未來燃料供應報告。傳統上，歐洲的研究堆一直以高濃鈾為燃料。由于目前缺乏高濃鈾生產能力，歐洲以高豐度低濃鈾為燃料的研究堆正在由俄羅斯和美國提供燃料，美國表示只能保證供應到2035年或2040年，因此未來改造燃料后的研究堆更加面臨供應短缺的風險。

據歐洲原子能共同體供應局估計，到2035年，歐盟維持其研究堆運行每年將需要700千克到一噸的高豐度低濃鈾。這一估算還不包括發電用先進反應堆的未來需求。因此，出于對未來供應安全的擔憂，歐洲原子能共同體建議歐盟發展自己生產高豐度低濃鈾燃料的能力。

雖然歐洲尚未具備生產高豐度低濃鈾的能力，但歐洲大陸最大的核燃料生產商在濃縮技術方面處于世界領先地位。根據歐洲原子能共同體供應局的報告，這些生產商目前可生產鈾-235豐度為6%的燃料，并能夠利用相同技術生產高豐度低濃鈾，不存在重大技術挑戰。

然而，此類設施的許可、建設、安全和運行需要大量投資，歐洲生產商表示，他們仍需要了解投資的商業價值。歐洲公司最快也要在五年內才能開始生產高豐度低濃鈾，目前正在考慮擴建法國現有工廠的計劃，以及在英國或美國建造新設施的計劃。

然而，美國核工業警告說，由于缺乏高豐度低濃鈾，一些小型模塊堆設計的部署可能會推遲數年。目前，在美國政府資助的十個先進反應堆設計中，有九個將在未來十年內需要高豐度低濃鈾燃料。美國能源部的預測表明，到2030年將需要超過4萬千克的高豐度低濃鈾，隨著新的先進反應堆群投入運行，這一數量還將逐年增加。

為了滿足這一需求，美國能源部正在投資國內的高豐度低濃鈾生產線。能源部成立了一個高豐度低濃鈾聯盟，并共同出資在俄亥俄州皮克頓建立了一個示范生產廠。2023 年6月，美國監管機構批準皮克頓設施開始濃縮作業。皮克頓高豐度低濃鈾離心機級聯預計到2023年底將生產20千克高豐度低濃鈾，到2024年產量將達到900千克。由120臺獨立離心機組成的全規模高豐度低濃鈾級聯每年可生產約6000千克高豐度低濃鈾。

作為補充，還通過稀釋國家庫存的高濃鈾，開始另一種高豐度低濃鈾燃料生產。這種三元結構各向同性粒子（即TRISO高豐度低濃鈾）燃料由鈾、碳和氧制成，外層覆蓋三層碳基和陶瓷材料，可防止放射性裂變產物的釋放。然后，這些粒子可以被塑造成臺球大小的球體（稱為鵝卵石）或圓柱形顆粒。TRISO高豐度低濃鈾燃料用于高溫氣冷反應堆，一些供應商正計劃將TRISO高豐度低濃鈾燃料用于小型模塊堆和微型反應堆設計。

“下一代核技術將需要新型燃料的新供應鏈。”原子能機構核燃料工程專家 Ki Seob Sim 說，“我們目前正在努力建立這些供應鏈，但若要確保必要的高豐度低濃鈾燃料供應，仍有許多工作要做，包括在許多地區展示這些先進反應堆的明確商業價值。不過，我相信我們能夠做到這一點。”

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