近日,美国能源部(DOE)正致力于回收已关闭EBR-II反应堆的乏燃料,以制造大多数先进堆设计所需的高丰度低浓铀(HALEU)。美国供应商目前无法提供铀-235丰度在5%~19.75%之间的HALEU。
能源部计划在2028年12月之前,利用爱达荷国家实验室(INL)多年来不断完善的电化学工艺,从EBR-II乏燃料中回收约10吨HALEU。EBR-II于1964年投运,1994年停运,运行期间使用含有高浓缩铀(HEU)的金属合金燃料。
为实现HEU回收,乏核燃料经过适当处理并放入高温熔盐化学池中。然后用电流将HEU金属从裂变产物中分离出来。回收的铀经过净化,与低浓铀混合,生成HALEU。
然后,将HALEU制成一个大圆锭,再在高温炉中制成剂量较低、形状较小的铀锭。该铀锭可以用来生产先进堆燃料。截至目前,已从EBR-II乏燃料中回收了近5吨HALEU材料。
美国Oklo公司表示有意接收5吨HALEU,并期待与INL展开合作。从EBR-II回收的材料将用于Aurora微堆的初始燃料,预计将于2026年在INL首次示范。美国能源部将在材料使用前、期间和之后保留其所有权。
除该项目外,能源部还支持多项工作,为实现HALEU商用提供更多机会。目前的主要工作包括从其他政府所有的研究堆中回收乏燃料,支持在Centrus能源公司运营的俄亥俄州皮克顿浓缩设施进行HALEU生产示范,以及通过与国内行业合作伙伴签订采购协议收购HALEU。
《2020年美国能源法案》授权能源部为HALEU在国内商用提供支持。2022年12月,能源部宣布成立HALEU企业联队,以支持建立国内HALEU基础设施,并计算国内商业用途的HALEU需求估值;开展HALEU示范项目;提高HALEU供应链可靠性等。
皮克顿工厂是目前美国唯一获准制造HALEU的设施。2023年2月,Centrus完成了对HALEU生产设施的运行准备状态审查,并于6月获得美国核管会(NRC)签发的运行许可证。能源部表示,Centrus子公司美国离心机运行公司(ACO)有望在2023年底前生产20公斤HALEU,2024年产能将达到900公斤,未来还有可能进一步增加产能。
Oklo已与Centrus签署了一份谅解备忘录,支持在俄亥俄州南部部署Aurora微堆和先进核燃料生产线。
此外,Centrus还与美国泰拉能源公司(TerraPower)签署谅解备忘录,以扩大合作,为美国建立HALEU商业规模生产能力,并为泰拉能源的首款钠冷快堆供应燃料。2022年10月,美国通用电气牵头的合资企业全球核燃料-美洲公司(GNF-A)和泰拉能源同意在威尔明顿附近的GNF-A现有工厂所在地建立钠燃料设施。该设施将使用HALEU,由泰拉能源和能源部通过先进堆示范计划共同资助。自2021年以来,泰拉能源和Centrus一直在合作,当时已签订一份服务合同,以帮助加快皮克顿国内浓缩技术的商业化。