美国爱达荷国家实验室(INL)正在美国能源部(DOE)的统筹下,发挥关键作用,通过从联邦库存中回收高丰度低浓铀(HALEU),并支持从南卡罗来纳州萨凡纳河场址(Savannah River Site)的材料回收直至商业铀浓缩项目,为美国建立未来的商业级HALEU供应链奠定基础,同时满足近期需求。

HALEU是指铀-235丰度在5%至20%之间的低浓铀,是包括快堆、熔盐堆、微堆等先进反应堆设计以及TRISO燃料的关键原料,也能显著提升现有反应堆的性能。目前美国核电机组主要使用铀-235丰度不超过5%的铀氧化物燃料,而HALEU的获取方式主要有两种:一是将铀原料浓缩至目标丰度,二是将回收自乏燃料的高浓铀(HEU)进行稀释(即“降浓”)。
INL通过向有短期研究需求的企业提供少量HALEU,以及将实验增殖堆二号(EBR-II)的乏燃料转化为更多可用HALEU,来帮助满足国家近期和中期的HALEU需求,同时也为长期商业供应链的建立争取时间。INL燃料循环科学与技术部门主任乔什·贾雷尔(Josh Jarrell)表示:“我们正专注于满足核工业的短期和中期需求。”
早在美国核能行业意识到需快速建立可持续HALEU供应体系之初,INL便开始为小型研究活动提供HALEU,例如收集新型HALEU燃料的性能数据。虽然从EBR-II乏燃料中回收铀的工作已持续多年,但INL近期加快了相关进程,以确保先进反应堆企业能够按计划获得HALEU。
INL不仅直接为研究提供HALEU,还通过参与由美国国家核安全局(NNSA)主导的废料回收项目,将遗留的铀废料和制造废料转化为可用HALEU,支持西屋公司(Westinghouse)等企业的微堆项目。该项目目前已稳定、表征并重新包装了超过80公斤的遗留铀废料,准备进一步加工。此外,INL还在推进从EBR-II乏燃料中大规模回收HALEU,这些燃料自1964至1994年间运行后一直存放在场址内。通过一系列处理,将辐照后的铀与钠及裂变产物分离,再经过降浓处理,即可得到高品质HALEU。INL材料与燃料复合体项目经理迈克·帕特森(Mike Patterson)表示,自2019年以来,相关处理已转为全天候运行,预计2028年底前完成EBR-II驱动燃料元件的处理,届时将累计回收近10吨HALEU,其中一半将分配给Oklo公司,用于其位于INL场址内的Aurora Powerhouse项目。
为使剩余HALEU适配更多类型反应堆,INL还开展了“精炼”工艺示范,将金属态HALEU提纯并转化为氧化物形态,提升了材料的适用范围,包括作为TRISO燃料的原料。精炼后的样品已送往BWXT公司验证,确认可用于燃料加工。INL计划自2028年起,通过新建的手套箱生产线,每年生产数百公斤精炼HALEU氧化物。
今年4月,美国能源部通过其HALEU可用性计划,向五家美国核能开发商提供了条件性HALEU供应承诺,助力其满足近期燃料需求,推动创新核技术走向商业化。6月,Centrus能源公司宣布实现首批国内HALEU的规模化生产,标志着美国本土HALEU生产取得重要突破。
INL燃料循环科学与技术部门主任贾雷尔强调:“像INL这样的国家实验室在连接反应堆设计与市场就绪之间起着至关重要的作用。通过在商业HALEU供应链建立过程中提供关键HALEU供应,国家实验室确保核工业能够持续创新,最终实现充足、可负担且可靠的能源供应。”