反應堆的核心是核燃料，隨著新一代反應堆的問世，新種類的燃料也在出現，為清潔能源轉型提供了動力。

1、核能發展活躍

Lightbridge開發的新型核燃料正吸引著核工業界越來越多的興趣。

全球核燃料市場正在穩步發展，因為最近的能源危機和對氣候變化問題，使核電經歷了某種復興。

根據國際原子能機構的預測，到2050年，全球核電站機組的容量將增加一倍多——從現在的近380 GW增加到873 GW。

然而，該機構指出，這一增長將主要通過目前剛剛開發和測試的核技術來實現，包括那些涉及使用新型核燃料的技術。

目前，有20多個國家約30家公司生產用于陸上反應堆的核燃料。

全球核燃料生產能力總量并沒有想象中的那么大——每年約2萬噸。三大生產商——法國法馬通公司、美國西屋電氣公司和俄羅斯TVEL公司——提供了全球大約一半的總產量。

近年來，在這些生產商中，許多加快了他們在新型核燃料開發領域的活動。

與此同時，目前開發的技術反應堆概念的多樣性，意味著核燃料類型的多樣性。作為這些發展的一部分，人們對新型耐事故燃料(ATF)給予了特別關注。

2、事故耐受核燃料

在過去的十年里，ATF的開發已成為燃料設計人員的優先事項，特別是對福島第一核電站事故原因的分析得到的經驗教訓，其中最關注的一點，是在1200℃以上溫度環境發生的鋯蒸汽反應。

目前，開發ATF技術有兩個關鍵途徑：減少燃料組件中的鋯含量，或改變燃料的化學成分，以提高燃料的傳熱率。

雖然不能說使用新型燃料可以防止所有可能的事故，但ATF的開發旨在在罕見的緊急情況下提供更多的響應時間，并在核反應堆的正常運行期間獲得技術和經濟優勢。

目前，歐洲、美洲和亞洲所有最大的核燃料制造商，以及其他重要參與者都在開發新型燃料。

3、兩種思路：改變包層和成分

目前，開發人員的主要ATF工作目標，是為包殼和燃料成分創造新材料。

一個更有前景的可能解決方案是開發鉻包層涂層。

鋯合金上的鉻涂層提高了核燃料整體的耐腐蝕性和耐磨性，并降低了氫滲透性，有助于保持鋯合金的延展性。另一種思路是也是針對包層，使用碳化硅的復合材料。不過尚未確定普遍優選的涂層技術;不同的制造商在研究使用他們認為最合適的不同選項。

莫斯科國立大學理論物理系教授Fedor Vysikailo表示，復雜的應用方法技術含量高，但經濟效率低。

對表面進行大量摻雜的方法也存在同樣的問題。Vysikailo認為，更有希望的是激光應用方法。

科學家們還注意到磁控管方案對燃料棒涂層的吸引力(高應用速度和涂層均勻性)。

對于燃料成分，也在考慮各種選擇，包括添加鉻或鉬，以及使用硅化物或氮化鈾代替氧化鈾。新的燃料成分還包括摻雜的二氧化鈾(UO2)、高密度燃料(如U3Si2)和金屬燃料，如鈾-鉬。

4、法馬通技術

法馬通已與法國電力公司簽署合作協議，測試其PROtect增強型事故耐受燃料(EATF)技術。根據該協議，四個鉛燃料組件裝載到法國電力公司的一個法國反應堆中。

與西屋公司一樣，法馬通專注于開發復合包殼燃料。

從長遠來看，該公司計劃開發碳化硅/碳化硅復合包層和摻雜三氧化二鉻的二氧化鈾燃料。

目前，法馬通公司正準備制造一種新型的鉬鈾(U-Mo)燃料，以延長德國FRM Ⅱ研究堆的壽命和安全運行。

最近，法馬通獲得了美國核管理委員會(NRC)的批準，可以將該公司的一套先進規范和方法應用于鈾-235豐度高于5%的行業標準。

美國開發商在新型燃料領域的活躍，其原因也可以說來自美國核能大軍的老化——大約一半的現有機組將在20世紀30年代中期之前達到其設計壽命，美國將成為世界上最大的核燃料進口國之一。

圍繞新型核燃料的大部分活動都集中在高濃縮低分析鈾(HALEU)上，其富集度可達20%鈾-235。

例如，Centrus公司正在其位于美國俄亥俄州的離心機廠級聯工廠開始首批HALEU生產。

Centrus公司通信副總裁Dan Leistikow表示，這將是70年來美國擁有的第一家新的技術濃縮廠。

Centrus的示范項目在年底前只會交付最初的20公斤HALEU，但該公司計劃從2024年開始將年產量擴大到900公斤。

據分析人士稱，這將為HALEU在美國開始大規模生產創造一定條件，但只是在適當的時候。

西屋公司開發的核燃料的鉛測試組件被裝載到沃格特勒核電站的2號機組，這標志著首次計劃在美國商業反應堆中安裝濃縮鈾-235超過5%的核燃料。

與此同時，另一家美國發電公司南方核電(Southern Nuclear)宣布，它也獲得了美國NRC的許可，可以在新調試的沃格特勒(Vogtle)核電站使用濃縮鈾-235至6%的先進核燃料。

這是美國商業反應堆首次獲準使用濃縮度超過5%的燃料。

總部位于美國的Lightbridge公司正在研發生產的新型核燃料，也有各種優勢特點。據報道，這種燃料在美國和其他一些西方國家迅速流行起來。

5、俄羅斯技術

TVEL已在俄羅斯國家原子反應堆研究所完成了第一階段的ATF測試。

俄羅斯燃料公司TVEL表示，俄羅斯的新型核燃料的生產，預計將在熱列茲諾哥爾斯克的采礦和化學聯合公司(MCC)啟動。

俄羅斯研發的是一種混合氧化物鈾钚MOX燃料，將用于世界上最強大的多用途快中子研究核反應堆MBIR，熱功率為150 MWth。

該反應堆正在烏里揚諾夫斯克地區的俄羅斯原子能研究所(NIIAR)建造。反應堆的調試計劃在本世紀20年代后期進行。

MCC的研發能力使其能夠在現場組織生產各種類型的核燃料，而目前生產的MOX燃料使用的是在熱反應堆乏核燃料后處理過程中分離的貧鈾和钚。

俄羅斯原子能公司還計劃更積極地在國外推廣其先進的核燃料。公司最近向印度庫丹庫拉姆核電站提供這種新型核燃料，將反應堆的周期從18個月延長到2年。

總的來說，大多數分析人士認為，俄羅斯很有可能在全球先進燃料市場上占據很大份額，這在一定程度上是因為它們能夠獲得更便宜的原材料。

6、高溫反應堆燃料

TRISO燃料正在開發用于高溫反應堆。

對小型高溫氣體反應堆(HTGR)，及其所需的新型核燃料的關注度在日益增長，已成為世界核能發展最明顯的趨勢之一。

在20世紀90年代至21世紀初，日本調試了一個容量為30 MW的高溫技術反應堆(HTTR)。

HTTR的燃料是TRISO——填充在碳化硅和熱解碳多層包層中的鈾微球。包層的主要功能是將裂變產物保留在微球內，并提供機械強度。

燃料球被放置在管道中，管道被組裝成燃料組件。日本正研究進一步改進燃料。一種選擇是用碳化鋯代替微球包層中的碳化硅。

在美國，包括X-energy、BWXT和USNC在內的公司正在開發HTGR的燃料生產。

可以說，各個國家都支持這一領域的研發，并投資于此類燃料的工業生產(例如通過AGR、ARDP計劃)。

中國石島灣核電站的HTR-PM項目

在中國，中核集團公司正在建設HTR-PM項目——一個容量為200 MW的高溫氣冷堆。

在該反應堆中，微球通過“球床”技術直接倒入反應堆堆芯。該反應堆使用TRISO燃料。燃料堆芯直徑約0.5毫米，由多層包殼中濃縮至8.9%的鈾組成。

很明顯，新型核燃料正在出現，以應對新一代反應堆以及對安全和性能的新要求。其中許多燃料仍在開發中，但毫無疑問，新型核燃料將成為未來核能商業發展的方向。