随着全球对清洁能源需求的不断增长以及核能技术的持续发展，英国积极布局高浓度低富集度铀（HALEU）的开发与运输能力建设。英国核退役管理局（NDA）子公司 Nuclear Transport Solutions（NTS）获得政府资助，开启了一项旨在推动英国未来民用核能发展，并在国际核能领域占据一席之地的重要项目。这一项目不仅涉及到复杂的技术研发与应用，还与英国的能源安全、碳排放目标以及国际合作紧密相连。
HALEU 项目背景与目标
HALEU，其铀 235 的富集度在 5%到 20%之间，是目前正在开发的大多数下一代反应堆设计所需的先进核能燃料。英国政府意识到 HALEU 在未来核能产业中的关键作用，通过资金支持，助力相关企业和机构开展从生产到运输的全链条能力建设。
2024 年 5 月，英国政府宣布向 Urenco 公司拨款 1.96 亿英镑，用于在其位于英格兰西北部的 Capenhurst 厂址建造一座铀富集设施。该设施预计到 2031 年每年最多可生产 10 吨 HALEU。与此同时，NTS 获得英国能源安全和净零碳排放部（DESNZ）提供的 1050 万英镑资金，用于开发运输 HALEU 材料所需的关键技术、能力和资产，以满足英国国内需求并寻求海外出口机会。
铀富集设施建设技术要点
Urenco 公司负责的铀富集设施建设是 HALEU 项目的基础环节。为确保铀 235 达到规定的富集度范围（5% - 20%），需要运用精准的技术工艺。这一过程主要涉及先进的同位素分离技术，其中气体离心法和激光浓缩法是较为常见且具有代表性的方法。
气体离心法基于不同质量的同位素在离心力场中的差异进行分离。其技术要求包括高速旋转的离心机设备，需要具备高度的稳定性和精确的制造工艺，以保证离心过程的高效性和稳定性。操作参数方面，离心机的转速、温度、压力等都需要严格控制，任何细微的偏差都可能影响铀 235 的富集效果和产品纯度。
激光浓缩法则利用激光与铀原子的相互作用原理，通过选择性地激发和电离铀 235 原子，实现同位素分离。该方法对激光的波长、功率、脉冲特性等参数有严格要求，同时需要精确控制反应环境，如原子蒸汽的密度、温度和流速等，以确保分离过程的选择性和高效性，从而保证产品达到下一代反应堆设计所需的纯度和稳定性标准。
HALEU 运输能力开发技术细节
（一）包装设计
NTS 在运输 HALEU 材料时，包装设计是至关重要的一环。考虑到 HALEU 的放射性特性以及不同形式燃料的物理化学性质，包装必须具备多重功能。
首先，包装材料需具备良好的屏蔽性能，能够有效阻挡放射性射线的泄漏，防止对运输人员和周围环境造成辐射危害。这可能需要选用含有铅、钨等重金属元素的合金材料，通过合理的结构设计和材料组合，最大限度地减少射线穿透。
其次，包装要保证结构强度，防止在运输过程中因碰撞、震动等外界因素导致包装破损。这涉及到对包装结构的力学分析和优化设计，可能采用高强度合金材料，并结合特殊的密封和缓冲设计技术。例如，在包装内部设置缓冲材料层，如泡沫材料或弹性橡胶，以吸收运输过程中的冲击力；采用密封性能良好的封装技术，防止放射性物质泄漏，确保运输过程的安全性。
（二）公路运输解决方案
在公路运输 HALEU 材料时，车辆的选型和改装是关键步骤。由于 HALEU 的放射性和重量特性，车辆需要具备专门的设计和装备。
配备专业的辐射监测设备是必不可少的，这些设备能够实时监测运输过程中 HALEU 的辐射水平，确保其在安全阈值范围内。辐射监测设备的精度、可靠性和稳定性至关重要，需要定期校准和维护，以保证数据的准确性和及时性。
同时，车辆的悬挂系统、制动系统等也需要进行优化。悬挂系统要能够适应 HALEU 的重量，保证车辆行驶的平稳性，减少震动对包装和货物的影响；制动系统则需要具备足够的制动力，确保车辆在紧急情况下能够安全停车，防止发生意外事故。此外，路线规划也是重要环节，需要避开人口密集区域和地质不稳定地段，减少潜在风险，确保运输过程中的公共安全和环境安全。
（三）海运解决方案
海运作为 HALEU 国际出口的重要运输方式，面临着更为复杂的海洋环境挑战。
船舶的设计要充分考虑海上的风浪、盐雾等因素对 HALEU 包装和船舶本身的影响。船舶结构需要具备足够的强度和稳定性，以抵御恶劣海况下的风浪冲击。同时，要在船上配备专门的固定装置，确保货物在航行过程中的稳定性，防止因船舶摇晃而导致货物位移或损坏包装。
完善的海上应急响应预案是海运安全的重要保障。这包括应对碰撞、火灾、泄漏等意外情况的技术措施和设备。例如，配备海上溢油回收系统，以应对可能发生的燃油泄漏事故，减少对海洋环境的污染；安装高效的灭火系统，能够迅速扑灭火灾，防止火势蔓延；准备应急辐射防护设备，保障船员在发生放射性物质泄漏时的人身安全。
项目意义与影响
（一）对英国国内核能发展的推动
英国政府对 HALEU 相关项目的资金支持，将有力地推动国内核能技术的发展，提高能源自主程度。通过建设铀富集设施和开发运输能力，英国能够确保 HALEU 的稳定供应，为下一代核反应堆的建设和运营提供关键的燃料支持，进一步巩固英国在民用核能领域的技术基础和产业实力，促进国内核能产业的可持续发展，为实现能源安全和净零碳排放目标提供重要支撑。
（二）英国在国际核能领域的地位提升
从国际层面看，英国在 HALEU 开发与运输方面的技术积累和项目实施，将使其在全球先进核能技术领域占据一席之地。通过技术输出和国际合作，英国能够与其他国家分享其在 HALEU 领域的技术成果和实践经验，提升其在国际能源市场的影响力和竞争力。英国可以凭借其先进的技术和完善的产业链，参与国际核能项目的合作与竞争，为英国的经济发展和国际地位提升带来积极影响。
（三）对全球核能行业的贡献
英国的 HALEU 项目也为全球核能行业的发展提供了新的技术思路和实践经验，尤其是在 HALEU 的运输和应用技术方面，有望成为行业的参考标准和范例。随着全球对核能技术的不断探索和应用，英国的经验和技术成果可以为其他国家提供借鉴，促进全球核能行业在技术创新、安全标准和国际合作等方面的共同进步，推动全球核能产业朝着更加高效、安全和可持续的方向发展。
