3大核能公司，準備分工合作進行核廢料、新燃料、新反應爐的總體產業鏈。(圖/AI)
正當全球核電產業迎來復興之際，核燃料供應也成為必須思考的問題。隨著未來核電需求增加，核燃料使用量也可能大幅成長，隨之而來的乏燃料處理問題同樣需要面對。現在有3家核能產業公司，正在合作探索一套新的核燃料供應鏈，準備把核電廠用過的核燃料重新回收，轉化成可供反應爐使用的新燃料與其他有價值產品，可謂一舉數得，同時將乏燃料再處理與新核燃料供應串聯成完整產業鏈。
《有趣的工程》（Interesting Engineering）報導，3家核能公司Curio、NuScale Power與法國法瑪通（Framatome）集團共同簽署合作備忘錄（MOU），將評估利用Curio所開發的NuCycle乏燃料回收技術，把回收所得核材料重新製造成核燃料的可行性。
這3家公司的分工相當明確，Curio專責乏燃料再處理技術，NuScale提供小型模組化反應爐（SMR）技術與未來燃料需求，法瑪通則擁有核燃料設計、鑑定與製造能力。因此，3家公司有機會把乏燃料回收、燃料開發與製造，以及反應爐應用整合成完整供應鏈，甚至形成跨國商業版圖。
核燃料其實沒有「燒完」
所謂的乏燃料（俗稱高階核廢料），並不代表其中可供核分裂的物質已經完全消耗。以目前最普遍的輕水反應爐而言，乏燃料絕大部分仍然是鈾，包括少量鈾235與占絕大多數的鈾238，此外還含有反應爐運轉過程中生成的鈽，例如可裂變的鈽239，以及其他超鈾元素和大量裂變產物。
反應爐之所以需要定期更換燃料，是因為隨著燃耗增加，可裂變核種逐漸消耗，同時累積的裂變產物也會吸收中子，加上燃料完整性與反應爐燃料管理等因素，使這批燃料不再適合繼續留在爐心使用，而不是其中的核能已經完全耗盡。
因此，只要能把乏燃料中的各種成分重新分離，其中一部分核材料仍具有相當高的能源價值，可以重新製成核燃料。
其實，乏燃料再處理本身並非新技術。例如法國等核能國家早已利用PUREX等技術回收鈾與鈽，並將回收鈽製成MOX（混合氧化物）燃料，重新投入反應爐。但是Curio開發的NuCycle，則試圖採用不同的處理方式。
根據美國能源部及愛達荷國家實驗室（INL）公布的資料，NuCycle採用包括燃料前端處理、選擇性氟化以及電化學分離等程序。其中一項重要步驟，是利用氟化程序處理乏燃料，將大量鈾轉化成六氟化鈾（UF6）分離出來，未來可經過適當處理重新進入核燃料供應鏈；至於剩下的鈽以及其他錒系元素，則可透過後續電化學程序進一步回收。
不分離純鈽 降低核武擴散風險
NuCycle與傳統PUREX再處理技術還有一項重要差別，就是它刻意避免產生單獨的高純度鈽產品。
Curio希望利用電化學程序共同回收鈽及其他錒系元素，形成可供後續核燃料製造使用的混合產品，而不是首先把鈽單獨提純。這種設計可以增加取得可供核武利用之鈽材料的困難，因此Curio將NuCycle稱為具有較高「抗核武擴散能力」（proliferation-hardened）的核燃料循環技術。
另一方面，傳統PUREX需要使用有機溶劑進行萃取，而有機物長期暴露在乏燃料的強烈輻射下，會產生輻射分解（radiolysis）。Curio則表示，NuCycle使用不易受到輻射分解影響的介質，而且不使用傳統再處理所需的有機萃取劑，希望藉此簡化設備並降低二次廢棄物及廢液處理需求。
不過，NuCycle目前仍屬開發中的技術。美國能源部2026年資料仍將相關計畫列為小規模研發，尚未有商業規模再處理廠證明其經濟性與長期運轉能力。
最多減少96％廢棄物體積
Curio表示，NuCycle除了回收鈾及超鈾元素，還希望進一步從乏燃料中取得具有工業、醫療與能源用途的同位素，盡可能把原本被視為核廢料的物質轉化成具有利用價值的產品。
按照Curio公布的設計目標，NuCycle可使最後需要處置的核廢棄物體積減少約96％。
不過，這並不代表「96％的核廢料消失」，也不代表核廢料問題因此完全解決。乏燃料中的高放射性裂變產物仍然存在，最終仍需要妥善固化、儲存及處置；減少的主要是必須作為廢棄物進行最終處置的材料體積。
NuScale提供未來燃料市場
NuScale則將其小型模組化反應爐技術帶入這項合作。該公司提出的NuScale Power Module（NPM）屬於小型壓水反應爐，每個模組設計發電功率為77百萬瓦（MW），可以將多個模組組合成較大型核電廠。
法瑪通則扮演其中的關鍵橋梁。該公司擁有核燃料設計與製造能力，也參與NuScale反應爐的燃料開發，因此可以研究如何把Curio回收得到的核材料，真正轉變成符合反應爐安全及法規要求的燃料。
Curio執行長麥吉尼斯（Ed McGinnis）表示，美國能否引領下一個核能時代，不僅取決於建造反應爐，也取決於能否建立支援這些反應爐所需要的核燃料循環基礎設施。
根據合作備忘錄，3家公司接下來將進行技術評估、可行性研究、供應鏈分析及系統介面評估，以確認哪些領域適合進一步簽署開發或商業合作協議。
目前這項合作還不是核燃料商業生產計畫，而是建立一套研究框架，確認從乏燃料回收取得的核材料，是否能在技術、法規與經濟上大規模重新製成合格核燃料。
對下一代核能產業而言，反應爐只是其中一環。如果SMR與其他先進反應爐未來大量部署，鈾供應、濃縮、燃料製造，以及使用後的乏燃料如何處理，都必須形成完整產業鏈。如果Curio、NuScale與法瑪通的合作最終能走向商業化，其意義就在於把傳統「開採鈾礦—濃縮—製造燃料—反應爐使用—乏燃料儲存」的單向供應鏈，進一步串聯成「反應爐使用—乏燃料回收—核材料再利用—製造新燃料—重新進入反應爐」的核燃料循環鏈，這既符合能源需求，也減少了乏燃料的最終處理空間。
2026/08/08 07:47
轉載自中時新聞網: https://www.chinatimes.com/realtimenews/20260808000021-260408
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