研发高浓缩铀可替代燃料最早要2035年

消除民用高浓缩铀还有很长的路要走。

替代燃料的发展最早要到2035年才能实现。

在越南，工作人员拧紧了一个装有高浓缩铀的盖子，然后把它送到了一架俄罗斯飞机上。资料来源:sandortozer

自1978年以来，美国和其他国家一直在推动消除世界各地数十个民用研究反应堆使用高浓缩铀(HEU)。HEU是一种*或物质，一些国家可能用它来制造原子弹。然而，美国国家科学、工程和医学研究所的一项新研究表明，这将需要比官员们预期的时间长得多的时间。就在几年前，专家们还希望到2018年消除HEU在民用研究反应堆中的使用。然而，该报告称，该目标最早要到2035年才能实现。

"显然，一些意料之外的挑战，无论是技术性的还是非技术性的，都导致了时间表的大大延长."新墨西哥桑迪亚国家实验室前副主任朱莉娅·菲利普斯在最近的一次新闻发布会上说，他在网上直播。菲利普斯主持了起草报告的委员会。作为2009年报告的后续，美国国会在2012年要求进行最新研究。

目前，HEU用于全球私人研究的储存能力为60吨。这足以制造大约1000枚核弹，核不扩散专家担心，这些民用物品可能比数量大得多的军用物品更加不安全。然而，应用物理学家菲利普斯说，在过去10年里，各国在减少HEU的民用方面取得了一些进展。自2009年以来，28个民用研究反应堆要么被转换为更安全的低浓缩铀燃料，要么被关闭。然而，该报告称，74个类似的反应堆仍在使用或计划使用HEU燃料。

在技术方面，核专家和工程师一直在努力为研究反应堆开发替代燃料。一般而言，研究反应堆是相对较小规模的设备，侧重于材料科学、反应堆设计和医用放射性同位素的生产。这种研究通常包括将材料暴露在比大型商业动力反应堆更大的堆芯中子通量下。

为了产生如此高的中子通量，研究反应堆依赖于HEU。铀原子以不同的类型或同位素存在，取决于原子核中中子的数量。同位素铀-235在原子核中有92个质子和143个中子，能够经受住核裂变链式反应。相比之下，同位素铀-238的原子核有3个以上的中子，不能进行核裂变。任何铀和20%以上铀-235的混合物都被认为是高浓缩铀。研究反应堆通常使用浓度接近或超过90%的铀，这被认为是武器级铀。相比之下，动力反应堆使用铀-235浓度约为4%的铀。

研究人员希望将研究反应堆转化为低浓缩铀燃料，但保持必要的中子通量需要确保燃料中含有极高密度的铀。欧洲和亚洲的研究人员正在开发一种燃料。在这种燃料中，铀钼合金颗粒分散在铝基体中，然后被铝包层包围。相比之下，美国正在开发一种“单片”燃料，其中包含一条包裹在铝中的铀钼合金带。原则上，更致密的整体燃料可以用于所有现有的研究反应堆，而分散燃料则不能。

然而，开发这两种燃料的进展比预期的要慢。例如，早期版本的分散燃料在使用时往往会膨胀，而整体燃料则带来了巨大的生产挑战。根据最新报告，这两种燃料的研发可能需要10到15年。

在非技术层面，俄罗斯拥有74个研究反应堆中的32个，目前仍在使用或计划使用HEU，该国已表示无意将其转化为低浓缩铀。事实上，俄罗斯只是将一个民用研究反应堆转化为低浓缩铀，这也是在美国的帮助下完成的。“这不是俄罗斯*的优先事项。”哈佛大学核不扩散专家、报告委员会成员威廉·托比在新闻发布会上说。

考虑到这一前景，最新报告提出了七项建议，包括努力与俄罗斯开展更深入的合作，为民用研究反应堆的转换和关闭制定更详细的计划，以及规划新设施，以取代美国现有的八个民用研究反应堆。

然而，有一个建议必然会引起最大的关注和争议。美国已经指定20吨93%的武器级铀用于民用研究反应堆。考虑到开发低浓铀燃料还需要15年时间，委员会建议立即将所有燃料稀释至45%的浓度，并在未来几十年用于为研究反应堆提供燃料。此举将减少这些燃料扩散的威胁，但它肯定会导致不同的意见，因为美国以前拒绝使用这种燃料的想法。

然而，该工作组表示，将燃料浓度保持在45%的想法已经得到美国核管理委员会等机构的确认，因此可以在短期内使用。委员会成员还强调，该倡议只是短期内改善核安全的紧急权宜之计。“这并不能替代在所有反应堆中使用低浓铀的最终目标，而是一种补充措施。”委员会成员、威斯康星大学的核工程师保罗·威尔逊说。(宗华)

《中国科学报》(2016-02-22，第三版国际版)

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