高丰度低浓铀（HALEU）：下一代核反应堆的理想燃料，还是核武器的潜在威胁？

高丰度低浓铀（HALEU）一直被吹捧为下一代核反应堆的理想燃料，包括钠冷式TerraPower反应堆以及为“敏捷地月操作演示火箭”（DRACO）提供动力的太空反应堆。根据美国能源部的说法，HALEU不仅能够提供更高的效率，而且其铀浓缩水平“远低于武器级材料所需的门槛”。这一特性使得HALEU成为美国、英国等国家政府大力投资的对象，同时也让使用HALEU的设施享受了更为宽松的安全要求。

然而，近期发表在《科学》杂志上的一篇文章却提出了一个令人不安的观点：HALEU同样可以被用于制造核武器。

HALEU的武器化潜力

“我查了一下，DRACO太空反应堆将使用约300公斤的HALEU。这个量虽然不多，但我认为足以制造一件核武器，”忧思科学家联盟（Union of Concerned Scientists）核能安全主任、该论文的合著者埃德温·莱曼（Edwin Lyman）表示。

铀矿石在开采时主要由两种同位素组成：铀-238和铀-235，其中铀-235的浓度通常低于1%。通过气体离心机等浓缩工艺，铀被转化为气态，并利用两种同位素原子重量的微小差异进行分离。浓缩后的铀根据铀-235的含量分为不同等级：低于10%的称为低浓铀（LEU），用于目前的动力反应堆；10%至20%之间的为HALEU；超过20%的则被称为高浓铀（HEU），可用于核武器。

莱曼指出：“历史上，20%被认为是高浓铀和低浓铀的分界线，长期以来也被视为核武器可用性的门槛。但实际上，这一门槛并不是武器可用性的真正限制。”事实上，早在1954年，洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）就进行了一项研究，评估不同浓缩水平铀的武器化潜力。研究结果显示，浓缩水平低于10%的铀无论数量多少都无法用于制造核武器，而HALEU则具有“武器化意义”，只要数量足够。

HALEU的安全隐患

长期以来，HALEU主要用于研究反应堆，使用量仅为几十公斤。莱曼表示：“这对于第一代核武器来说远远不够。”然而，随着HALEU动力反应堆的复兴，相关需求已远超洛斯阿拉莫斯实验室最初的安全阈值。例如，美国公司Oklo正在开发一座15兆瓦的微型反应堆，需要近5吨HALEU；而比尔·盖茨支持的TerraPower反应堆（计划在怀俄明州建造）功率为345兆瓦，仅其第一个堆芯就需要14吨HALEU，之后每年还需5吨。

莱曼的团队指出，700至1000公斤的HALEU足以制造一枚15千吨当量的核弹，其威力与1945年摧毁广岛的“小男孩”原子弹相当。对于一个流氓国家或恐怖组织来说，制造这样一枚核弹可能只需数天或数周时间。

安全分类的漏洞

目前，核材料的安全分类主要基于浓缩水平，而非数量。莱曼解释道：“安全分类分为三类。第一类适用于可用于武器的材料，要求采取防止盗窃的措施。”这些措施包括配备训练有素、装备半自动武器的准军事安全部队，以及符合防渗透标准的警报系统和保险库。然而，这些严格的安全要求仅适用于浓缩水平超过20%的铀材料，而HALEU无论数量多少，均被归类为第二类材料。

“第二类材料只需要检测盗窃行为，而不是预防盗窃，”莱曼说，“你只需要一名安全人员观察是否有攻击行为，并呼叫外部支援，通常是当地执法部门。”换句话说，保护HALEU所需的措施几乎仅限于“发现问题后报警”。

回到洛斯阿拉莫斯的建议

莱曼强调：“在太空或研究反应堆中，HALEU的使用实际上是一种进步，因为它取代了高浓铀，减少了核武器材料的可用性。这是提高核安全性的正确方向。”然而，他的团队更关注动力反应堆中使用HALEU的风险。目前，这些反应堆使用的低浓铀（LEU）浓缩水平低于5%，无法直接用于制造核武器。但一些反应堆计划改用HALEU，这将使核材料直接具备武器化潜力。

美国政府已为这一转变提供了大量资金支持。美国能源部为盖茨的TerraPower反应堆承诺了超过20亿美元的资金，而《2022年通胀削减法案》中也包含了高达7亿美元的HALEU生产能力建设资金。然而，莱曼认为：“动力反应堆中使用HALEU的好处被夸大了。在大多数情况下，这只是因为反应堆类型不同，无法使用低浓缩LEU。微型反应堆被宣传为数据中心或加密货币挖矿设施的能源解决方案，但这实际上非常昂贵且低效，可能会带来更多问题。”

HALEU的生产现状

目前，HALEU的生产进展缓慢。俄罗斯是唯一能够满足全球HALEU需求的国家，但美国已禁止从俄罗斯进口浓缩铀，禁令将持续至2028年。莱曼表示：“在美国，唯一一家生产HALEU的公司与美国能源部签订了合同，计划在今年年底前生产900公斤HALEU，但目前产量不到200公斤。”

尽管短期内不太可能出现邪恶的黑市团队贩卖铀材料（如《敢死队2》中让-克劳德·范·达姆饰演的角色），但莱曼的团队建议重新审视洛斯阿拉莫斯的研究结果，并在HALEU使用量足以制造核武器时将其归类为第一类材料。莱曼总结道：“我们的文章旨在强调，如果这些反应堆真的变得可行并被广泛出口，假装HALEU不可用于武器可能会导致严重的安全漏洞。”

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8693