核能复兴时代：替代铀燃料的新纪元

在核能复兴时代，许多国家正战略性地计划在未来几十年显著增加核能发电能力，作为能源多元化努力和加强长期能源安全的一部分。然而，确保燃料供应以维持运营已变得复杂，特别是在对俄罗斯能源产品实施制裁之后。目前，替代铀燃料正为核能产业带来新的希望。

现有核技术与未来燃料需求

核裂变，用于所有现有核电站，是一个原子核分裂成两个或更多较小原子核和其他粒子的过程。裂变可释放大量热量和辐射。当今的核电站利用这些热量煮沸水并驱动蒸汽轮机来发电。运营商通常使用铀燃料，其铀-235(U-235)的丰度已提高到5%，为核反应堆提供能源。

核燃料类型比较表

未来，运营商将日益需要使用高丰度低浓铀(HALEU)，其丰度从5%到20%不等，为正在开发的先进核反应堆和小型模块化反应堆(SMR)提供能源。然而，HALEU目前尚未实现大规模商业化生产，目前只有俄罗斯和中国正在大规模生产这种燃料。

发展HALEU生产的努力

在2024年禁止进口俄罗斯铀之后，美国政府已集中精力发展国内HALEU生产能力。因此，Centrus能源公司已在2023年10月至2025年中期期间，在俄亥俄州皮克顿进行了一项实验，生产了超过920公斤的HALEU。

2026年1月，美国能源部(DoE)拨款27亿美元，在未来十年内扩大国内铀浓缩能力。同时，英国政府于2024年1月宣布将分配3亿英镑，支持HALEU的生产。

TRISO：SMR的先进燃料

越来越多的运营商在SMR中使用TRISO(三向同性颗粒)燃料，该燃料由HALEU生产。与常规富集铀相比，它更安全、更高效。相同数量的燃料可以压缩在更小的包中，同时可以在小型燃料颗粒耗尽前消耗更多的U-235。

每个TRISO颗粒由三层专用陶瓷和其他材料涂层包裹，以保持气体并赋予颗粒高耐热性，从而防止TRISO燃料熔化。此外，TRISO燃料反应堆使用氦或熔盐作为传热介质，而不是水，这些介质的反应性较低或沸点更高。每个TRISO颗粒都像一个独立的容器，这意味着不需要建造大型设施来容纳熔毁事故。

尽管TRISO比常规核燃料更昂贵，但它可以为更轻、更便宜的反应堆提供能源。

挑战与替代解决方案

然而，大规模获取HALEU和TRISO仍然是一个挑战，因为中国核工业集团是唯一商业规模生产TRISO的公司，而俄罗斯的TENEX是唯一商业规模供应HALEU的公司。这促使美国和欧洲的许多公司探索替代燃料来为SMR提供能源，以减少对俄罗斯和中国的依赖。

GE Hitachi、Westinghouse和Aalo Atomics等公司已选择使用低浓铀(LEU)而非HALEU为其运营提供能源，因为它可以从美国现有的设施购买。Holtec的SMR-300已被设计为可以使用常规LEU或U-235浓度为5%至10%的LEU运行。

TRISO与LEU燃料比较表

选择LEU加速部署的公司

Aalo Atomics技术总监Yasir Arafat解释了为什么Aalo选择LEU作为主要燃料。Arafat表示："我们知道我们希望快速进入市场，我们知道需要扩大规模来建造数百个反应堆，我们无法在多年内使用HALEU做到这一点，因为美国仍在向HALEU机器投入资金，试图解决这个问题。"

他认为，使用LEU运行的SMR将比使用HALEU运行的SMR发展更快，因为"我们确实有一家公司开始在美国生产LEU。"

Urenco USA已于去年9月获得美国核管理委员会许可，在其位于新墨西哥州尤尼斯的设施生产LEU，此后已生产少量燃料。该公司预计将于2026年年中实现商业化生产。

Aalo已与Urenco签署了供应链协议，获取运营Aalo-X实验反应堆所需的燃料，该反应堆目前正在作为能源部实验反应堆计划的一部分开发。该公司预计将于2029年推出使用LEU运行的商业反应堆Aalo Pod。

核能的未来

虽然一些公司继续依赖俄罗斯提供铀供应，但一些国家正努力发展国内HALEU生产能力，而许多公司正在探索使用更易获取的替代铀燃料为运营提供能源的可能性。

LEU等替代燃料选择和TRISO等新技术的发展正在重塑全球核能格局，特别是在地缘政治制裁和对清洁、可靠能源需求日益增加的背景下。

国家和公司正在权衡投资于HALEU和TRISO等先进技术，以获得最佳性能和安全性，或使用更易获得的LEU等解决方案，以加速部署并减少对特定国家供应的依赖。

核能的未来可能会见证多种燃料和技术并存，每种燃料和技术都符合各国和开发商的不同目标和条件。

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