在美国田纳西州的奥克里奇国家实验室，有一家实验室正在全力打造未来核能产业的关键驱动力——先进核燃料。这家隶属于核能企业X-energy的实验室，正制造一种被形象地称作“弹珠球”的核燃料颗粒，这些燃料将为美国核能产业的蓬勃发展注入强劲动力。美国正面临着一场核能革命，而这场革命的核心正是对核燃料制造能力的突破和国内自主供应链的构建。 X-energy正处于这一变革的最前沿。虽然目前其实验室规模仅有约3000平方英尺，但他们制造出的TRISO核燃料堪称业界最先进和最安全的产品。这种燃料由数千个被高温炭包覆的铀颗粒组成，每一个颗粒内都蕴含着高度富集的铀，比现有核电站使用的燃料水平更高。
TRISO燃料的最大特点是其极高的耐高温性能，即使在核反应堆极端条件下也不会熔化，极大提升了核反应的安全性和稳定性。 美国政府对核能发展寄予厚望。前总统特朗普在2025年明确提出，要在未来25年内将核能发电量提升四倍，这为市场和产业链带来了巨大的信心。美国希望通过鼓励新一代核反应堆的建设，确保能源安全并减少碳排放。正因如此，核燃料的国产化成为关键瓶颈。无论新的先进核反应堆多么高效，如果缺乏稳定的燃料供应，发展目标难以实现。
因应这一需求，X-energy已在奥克里奇投资近20亿美元建立新的核燃料制造基地，预计这是美国半个多世纪以来首个大型核燃料制造工厂。除X-energy外，标准核能（Standard Nuclear）和铀供应商Orano也着眼于此地，计划扩大核燃料生产能力和铀浓缩设施的建设。这种多样化布局将帮助美国减少对国外核燃料供应的依赖。 在奥克里奇的实验室里，制造过程受严格监管和防护。工作人员必须穿戴防护服和双层手套，经过放射性检测后才能离开车间。制备核燃料的首步是配制一种呈深黄色的铀酸溶液，采用特制定制的工艺，混合氧化铀粉末与硝酸，并添加碳粉及特殊有机溶液。
随后，这种混合物通过冷却和加热交替处理，最终形成数以千计的小黑色颗粒。这些颗粒大小接近罂粟籽，具有一定的弹性，随后进入高温炉进行多层碳包覆工艺，形成能承受高达1800摄氏度温度的坚韧“核燃料壳”。这些包覆充分保护铀核，在反应堆内部极端环境下保证结构稳定，同时极大降低放射性释放风险。 接下来，这些核燃料颗粒会被装配进直径约2.5厘米的石墨球中，每颗球体由约18000个TRISO颗粒组成。最终形成的燃料球体不仅坚固到足以承受SUV的重量，还可以被循环利用，单个燃料球体能够反复使用约六次。这种燃料被设计用于X-energy开发的高温气冷式先进核反应堆，核燃料球在反应堆内被层层堆积，仿佛处于巨大的“弹珠机”中，能够极大提升核反应效率和安全水平。
目前，全球只有中国和俄罗斯等少数国家掌握高浓缩、低丰度铀（High-Assay Low-Enriched Uranium，简称HALEU）的规模化生产技术，这种燃料标准远高于传统核燃料。美国的技术和生产能力起步较晚，但近年来已有显著进展。2023年底，Centrus Energy完成美国70年来首批20公斤HALEU生产，标志着美国核燃料产业正加速追赶国际先进水平。 美国能源部积极支持核燃料本土化战略，鼓励企业加快研发与生产步伐。X-energy作为核燃料制造领域的领军者，已获得政府多个项目支持，大型技术园区正在快速扩建。与此同时，私营资本也积极参与其中，亚马逊集团向X-energy注资，双方联手力争到2039年实现超过5吉瓦新型清洁核能容量上线。
多年来，美国核能产业面临的最大质疑仍是成本和安全问题。传统大型核电站建设周期长、造价高昂，这曾导致近些年新建核电项目频频延期和超预算。然而，先进核燃料和新型小型模块化反应堆的推广，有望彻底改变这一现状。高温气冷反应堆体积小、安全性高、效率优，结合TRISO燃料的独特优势，有望实现更经济、更环保的核电生产。 核燃料的国产化不仅能够保障核电安全供给，还将推动相关产业链发展，带动高新技术就业增长。奥克里奇国家实验室及其合作伙伴正利用先进的科研设备和专业知识，开展燃料测试、样品分析和研发迭代工作，以保持技术领先。
测试结果严格符合国家安全标准，确保每批核燃料产品的可靠性和性能。未来，这些在奥克里奇制造的核燃料将支持美国新一代核电机组的商业运行，助力实现能源结构转型和碳中和目标。 如今，美国核能行业正处于历史性机遇期，多家企业向核能与核燃料领域投下长线资金，愿景远大。X-energy首家大型制造厂预计在2027年底或2028年初投产，届时产能将足以满足11座新型先进核反应堆的燃料需求。第二座厂计划于2029年底投运，产能规模将扩大四倍。这种快速扩展显示出美国对核能产业的强烈信心以及政府和市场的积极推动。
正如TRISO-X总裁乔尔·杜林所言，“这不仅仅是一次核能复兴，更是一个彻底改变游戏规则的变革。”今年以来，随着政策推动和技术突破，美国先进核燃料制造迈入快车道，未来十年很可能成为全球核能产业的重要转折点。 可以预见，依托于国内先进核燃料生产，美国核能将实现更大规模的安全发展，摆脱对进口燃料的依赖，为全球清洁能源转型贡献力量。奥克里奇国家实验室与X-energy等公司正以实际行动推进这一宏伟蓝图，谱写新时代核能创新篇章。随着这份充满前景的先进核燃料逐步进入市场，美国核电产业的潜力也将被充分释放，带来更加稳定、环保与经济的能源未来。
