三個(gè)低濃鈾 (LEU) 燃料測(cè)試組件已在比利時(shí)的 BR2 研究堆中成功測(cè)試。比利時(shí)核研究中心 (SCK-CEN) 計(jì)劃在 2026 年完全轉(zhuǎn)換使用高濃縮鈾 (HEU) 的反應(yīng)堆。

BR2 研究堆的低濃鈾測(cè)試組件(圖片來(lái)源：SCK-CEN)

BR2 是位于比利時(shí)東北部莫爾的 SCK-CEN 的三個(gè)運(yùn)行研究反應(yīng)堆之一。BR2 自 1963 年開始運(yùn)行，是西歐最古老的研究堆之一。該反應(yīng)堆獲準(zhǔn)運(yùn)行，直到 2026 年進(jìn)行下一次定期安全審查，屆時(shí)可能會(huì)就接下來(lái) 10 年的運(yùn)行做出決定。

SCK-CEN 正在與美國(guó)密切合作開發(fā)一種全新的 LEU 燃料類型，旨在提供與 HEU 燃料相同的性能。如果決定繼續(xù)運(yùn)行該反應(yīng)堆，它計(jì)劃在 2026 年將 BR2 從使用 HEU 轉(zhuǎn)換為使用新的 LEU。

SCK-CEN 說(shuō)：“通過從燃料中去除高濃縮鈾，它有助于防止這種材料可能擴(kuò)散，通過這種方式，SCK-CEN 為抗擴(kuò)散核燃料做出了貢獻(xiàn)，從而為一個(gè)更安全的世界做出了貢獻(xiàn)。”

SCK-CEN 指出：“核燃料不能簡(jiǎn)單地在一夜之間改變，改用這種燃料需要進(jìn)行廣泛的測(cè)試并準(zhǔn)備一份重要的安全文件。SCK-CEN 必須向聯(lián)邦核控制局 (FANC)——比利時(shí)的核監(jiān)管機(jī)構(gòu)——證明新燃料類型同樣安全與目前的反應(yīng)堆一樣。此外，研究堆必須使用這種新型燃料提供相同的技術(shù)性能。”

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人賈里德懷特說(shuō)：“在高濃縮鈾中，我們幾乎可以分裂所有鈾原子。在低濃縮鈾中，只有五分之一的原子是可裂變的，然而，核燃料必須能夠達(dá)到相同的水平，這樣 BR2 才能執(zhí)行其重要任務(wù)。這就像一個(gè)司機(jī)將他們的汽車油箱加滿 20% 的汽油，但仍想像他們?cè)谘b滿油箱時(shí)一樣以相同的速度行駛相同的距離。”

新的低濃鈾燃料已經(jīng)完成了幾個(gè)示范階段。在第一階段，小樣本在中等條件下進(jìn)行測(cè)試，功率和燃耗分?jǐn)?shù)受到限制。在第二階段，全尺寸、單獨(dú)的燃料板暴露于更高的功率和更高的燃耗分?jǐn)?shù)。在第三階段，這些燃料板被整合到未來(lái)的燃料組件中并在實(shí)際條件下進(jìn)行測(cè)試。FANC 密切監(jiān)視此過程中的每個(gè)步驟。

懷特說(shuō)，在過去的兩個(gè) BR2 循環(huán)中，三個(gè) LEU 燃料組件現(xiàn)在已經(jīng)在真實(shí)條件下進(jìn)行了測(cè)試。

“在每個(gè)循環(huán)之后，我們都會(huì)徹底檢查每個(gè)燃料組件，”他說(shuō)。“我們很想獲得 [最新] 結(jié)果，但我們希望它們是可以接受的，就像之前的測(cè)試一樣，證明即使在高功率下，燃料組件仍然完好無(wú)損。”

美國(guó)能源部國(guó)家核安全局國(guó)防核不擴(kuò)散副局長(zhǎng)科里·辛德斯坦說(shuō)：“SCK-CEN 成功完成了 BR2 使用低濃鈾燃料的第二個(gè)輻照循環(huán)，這是一個(gè)重要的里程碑，這是首次使用這種高性能低濃鈾燃料，是到 2026 年實(shí)現(xiàn) BR2 轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵一步。他們的進(jìn)展為反應(yīng)堆轉(zhuǎn)化為低濃鈾樹立了全球榜樣，并展示了我們實(shí)現(xiàn)不擴(kuò)散目標(biāo)的能力的同時(shí)保持科學(xué)卓越。”

BR2 約占全球用于醫(yī)療和工業(yè)用途(包括用于癌癥治療和醫(yī)學(xué)成像)的放射性同位素產(chǎn)量的四分之一。它還生產(chǎn)摻雜硅，形成一種半導(dǎo)體材料，為電子元件提供基本物質(zhì)。

世界上大多數(shù)研究反應(yīng)堆建于 1960 年代和 1970 年代，使用的技術(shù)需要 HEU(濃縮水平高達(dá) 98%)才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。HEU 靶也用于生產(chǎn)醫(yī)用放射性同位素。然而，這種 HEU 可能被用于制造核武器，因此被視為具有擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)在大部分研究都可以使用低濃鈾進(jìn)行，其中鈾 235 所占比例不到 20%。