美國一座核反應器已從常規燃料轉換為優質燃料，南方核能公司將四個鉛測試組件(LTA) 插入佐治亞州韋恩斯伯勒的沃格特爾2 號機組反應堆，該反應堆含有濃縮度超過5% 的鈾- 這是美國商業核能發電行業的首例。

核燃料是我們常常習以為常的事情之一。核反應器需要燃料，一般的假設是，往反應爐裡加鈾和鈽就像往鍋爐裡加煤一樣簡單——操作簡單，但對核能來說，只是稍微複雜一點而已。

我們先不談煤炭的複雜性（它確實很複雜），只討論核燃料。為了發生核分裂，核礦石不僅需要精煉，還需要濃縮。也就是說，必須提高鈾同位素235至238的天然重量百分比。

天然鈾中鈾235（U₂₃₅）的含量僅0.7%，只有極少數反應器設計能夠在一定程度上利用這一比例。問題在於，由鈾238（U₂₃₈）組成的平衡部分不可裂變。也就是說，鈾238原子無法正常分裂產生能量，而U₂₃₅中的原子則可以。更糟的是，為了讓U₂₃₅能夠引發鍊式核反應，必須有足夠多、濃度夠高的U₂₃₅來維持反應。在大多數現代核反應器中，U₂₃₅到U₂₃₈的濃度約為3%至5%，稱為低濃縮鈾（LEU）。

採用準備組裝的燃料顆粒

這些都是高中物理基礎知識，但你要注意的是，這種濃縮會隨著不同類型的反應器而變化，產生不同的結果。

例如，核潛艦使用的高濃縮鈾(HEU) 燃料，其鈾濃縮度可達20% 至93%，即U₂₃₅ 至U₂₃₈。後者的濃縮度極高，簡而言之，達到了武器級濃縮等級。

這樣做的原因之一是，為了讓反應器能夠按需輸出大量電力，美國企業號航空母艦上的核反應器在測試中將其推入水中，其強度之大，以至於常規指令從未要求其全速運轉。

其他原因是，這種高濃縮燃料意味著可以建造一艘永遠不需要加註燃料的潛水艇。事實上，現代核潛艇無法加料，它們的設計中沒有這方面的考量。如果必須加，就意味著需要用切開潛艇才能接觸到反應爐。這種燃料也意味著可以建造非常緊湊的反應堆，這些反應器效率極高，而且比商用反應器更不容易受到熱損傷和輻射損傷。

南方核電公司與西屋電氣公司合作，距離實現這一目標只有一步之遙。他們正在做的是突破極限，讓傳統反應器也能享受正在建造的下一代反應器的優勢，這些反應器使用濃縮度為5%至20%的高濃度低濃鈾（HALEU）燃料。

迄今為止，HALEU 反應器要么處於研究階段，要么採用熔鹽技術和其他先進技術，採用新穎的設計。這項商業反應器測試是美國能源部(DOE) 事故容錯燃料計畫的一部分，旨在尋找可在常規反應器中燃燒的新型濃縮燃料，以提高性能、延長燃料壽命並減少廢物。

ADOPT 彈丸是在英國斯普林菲爾德工廠製造的

這不僅僅是在混合物中添加更多鈾₃₅的問題。當燃料達到高濃縮程度時，需要一種新的配方來製造燃料棒所需的鈾芯塊。低濃縮鈾燃料本質上是鈾陶瓷，而高濃縮鈾燃料則是鈾鋯合金或鈾鋁合金。

它們還加入了所謂的可燃“核毒物”，即硼-10和钆-157等元素，它們可以吸收中子並抑制核反應。這使得燃料在整個使用壽命期間的能量輸出保持均勻。在早期，這些毒物會抑制反應，但隨著時間的推移，它們會燃燒殆盡，使剩餘的燃料能夠以相同的速度繼續燃燒。

此次試驗的實驗燃料由西屋公司製造。它被稱為ADOPT，是一種改良的二氧化鈾（UO₂）設計，摻雜了氧化鉻（Cr₂O₃）和氧化鋁（Al₂O₃）。這可以提高鈾的密度，改善熱導率，並減少裂變過程中釋放的可能損壞燃料的氣體。此外，ADOPT燃料與燃料棒上的金屬包層的相互作用降低了包層失效的可能性。

根據西屋公司介紹，一種名為LEU+ ADOPT燃料的變體可以處理高達8%的濃縮度，從而大大提高常規反應器的性能，並減少燃料更換需求。 ADOPT燃料芯塊由位於英國蘭開夏郡利亞的西屋斯普林菲爾德燃料有限公司生產，鈾粉由愛達荷州國家實驗室提供。這些燃料芯塊被製成四根燃料棒組件，並插入沃格特勒2號機組核電廠，在那裡，它們將在多個反應器循環中接受監測，以了解其對強輻射暴露的反應。

南方核電公司董事長、總裁兼執行長皮特·塞納表示：「這項成就不僅對提升美國所有在役核電機組的彈性，也對未來核技術的發展意義重大。我們的目標是提高機組的運行時間，提高發電量，並通過使用濃縮度更高的燃料，我們將能夠更好地滿足佐治亞州日益增長的能源需求。」