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(nèi)的許多先進反應堆設(shè)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(shù)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(xiàn)更加小型化設(shè)計、運行周期更長和效率更高?！痹幽軝C構(gòu)核燃料循環(huán)和廢物技術(shù)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(chǎn)能，以確保有充足的供應，這對小型模塊堆的部署至關(guān)重要?！?/p>

俄羅斯聯(lián)邦和美國已在生產(chǎn)高豐度低濃鈾，主要用于研究堆和在運輕水堆。俄羅斯設(shè)施是目前唯一一個以商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)高豐度低濃鈾的設(shè)施。

去年，歐洲原子能共同體供應局編寫了一份關(guān)于歐洲已經(jīng)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(tǒng)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(chǎn)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(jù)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(fā)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(fā)展自己生產(chǎn)高豐度低濃鈾燃料的能力。

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

然而，此類設(shè)施的許可、建設(shè)、安全和運行需要大量投資，歐洲生產(chǎn)商表示，他們?nèi)孕枰私馔顿Y的商業(yè)價值。歐洲公司最快也要在五年內(nèi)才能開始生產(chǎn)高豐度低濃鈾，目前正在考慮擴建法國現(xiàn)有工廠的計劃，以及在英國或美國建造新設(shè)施的計劃。

然而，美國核工業(yè)警告說，由于缺乏高豐度低濃鈾，一些小型模塊堆設(shè)計的部署可能會推遲數(shù)年。目前，在美國政府資助的十個先進反應堆設(shè)計中，有九個將在未來十年內(nèi)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(shù)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(nèi)的高豐度低濃鈾生產(chǎn)線。能源部成立了一個高豐度低濃鈾聯(lián)盟，并共同出資在俄亥俄州皮克頓建立了一個示范生產(chǎn)廠。2023 年6月，美國監(jiān)管機構(gòu)批準皮克頓設(shè)施開始濃縮作業(yè)。皮克頓高豐度低濃鈾離心機級聯(lián)預計到2023年底將生產(chǎn)20千克高豐度低濃鈾，到2024年產(chǎn)量將達到900千克。由120臺獨立離心機組成的全規(guī)模高豐度低濃鈾級聯(lián)每年可生產(chǎn)約6000千克高豐度低濃鈾。

作為補充，還通過稀釋國家?guī)齑娴母邼忖?，開始另一種高豐度低濃鈾燃料生產(chǎn)。這種三元結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shè)計。

“下一代核技術(shù)將需要新型燃料的新供應鏈。”原子能機構(gòu)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(qū)展示這些先進反應堆的明確商業(yè)價值。不過，我相信我們能夠做到這一點。”

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