美國軍用核材料能力建設進展

軍用核材料主要包括高濃鈾、軍用钚、軍用氚和軍用鋰。冷戰時期，美國為在與蘇聯的核軍備競賽中取得優勢，生產了大量軍用核材料。冷戰結束前后，由于軍用核材料儲備充足，美國曾暫停所有軍用核材料生產，但仍高度重視相關能力建設，維持了完整的軍用核材料回收與加工能力。由于氚的半衰期為12.3年，每年會因衰變損失5%，美國于2003年恢復了氚的生產。《2018年核態勢評估》報告指出，美國應繼續采取措施，確保鈾加工、钚彈芯、反應堆產氚、鋰化合物等核武器基礎設施具備必要的技術能力、生產能力和響應能力。

1 高濃鈾

美國有足夠的軍用高濃鈾庫存，已暫停其生產，目前主要進行鈾材料和部件的生產和加工。高濃鈾的儲存、拆卸、處置等工作主要在Y-12國家安全綜合體進行。為保障鈾材料/部件的生產加工能力，美國在大力推進“鈾加工設施”建設的同時，積極應對Y-12 綜合體9212 大樓中現有鈾加工設備老化問題。

Y-12“鈾加工設施”建設是美國能源部自曼哈頓計劃以來在田納西州最大的投資項目之一，將確保美國濃縮鈾加工和處理能力的長期穩定性和安全性。該設施計劃于2025年前投運，總投資不超過65 億美元。其建設項目包含7 個子項目：“準備工作”已于2015年2月完成；“現場基礎設施和相關保障工作”于2018年2月完工；“變電站”于2019年12月建成；“機械/電氣建設”、“配套設施保障”、“救助和問責管理”和“主要工藝流程建設”正在持續推進中。由于具備現代化、高效、安全等優勢，該設施建成后將替代9212大樓中的絕大部分現有設施，確保鈾加工作業的順利推進。

9212大樓建于1945年，是美國最早開展金屬鈾部件加工的設施，存在超齡服役、設備老化等問題。Y-12正在逐步淘汰9212大樓的濕法化學工藝和金屬轉化工藝，計劃2025年前完全關閉該大樓，屆時將由“鈾加工設施”接替。為在過渡期內保持鈾加工能力，能源部計劃在該大樓安裝電精煉、煅燒、切屑熔化工藝設備，以替代和優化現有工藝設備。2020年9月，Y-12利用新型電精煉系統生產出首個工業品位的金屬鈾產品，成功證明該工藝可用于金屬鈾的加工制造，同時Y-12還在測試該系統是否適合擴大規模生產。新型電精煉系統計劃于2023年完全投入使用。此外，Y-12將采用煅燒工藝對大樓關閉前的剩余材料進行處理，其碎屑轉移工作將由切屑熔化工藝完成。

2 钚彈芯

美國擁有足夠的軍用钚庫存，現已暫停生產，目前主要進行钚彈芯生產、钚材料加工等工作。為彌補钚彈芯生產能力的不足，國防部和能源部2018年5月正式宣布“雙場址”戰略，即在洛斯·阿拉莫斯國家實驗室建設年產至少30 枚钚彈芯的設施；在薩凡納河建設年產至少50 枚钚彈芯的設施。未來，這兩座設施每年能夠生產總計80枚钚彈芯。

2021 年4 月，洛斯·阿拉莫斯钚彈芯生產設施建設項目完成項目造價和日程的初步估算，預估總造價為27 億～39 億美元，將于2027—2028年建成投運。

2018年5月，能源部宣布將對已停止建設的薩凡納河混合氧化物（MOX）燃料制造設施進行改造，并在此基礎上建設钚彈芯生產設施。MOX燃料制造設施始建于2007年，原計劃用于處置過剩軍用钚，后因造價嚴重超支而停建。薩凡納河钚彈芯生產項目2021 年6 月完成項目成本的初步估算，預估總造價為69 億～111 億美元，將于2032—2035年建成投運。

3 軍用氚

軍用氚是美國唯一正在生產的軍用核材料。美國主要從兩方面確保氚供應，一是從現有庫存彈頭中回收氚，進行循環利用；二是利用商用輕水堆產氚。“薩凡納河氚企業”是美國唯一保障氚供應、向國防部提供氚材料的企業。主要設施包括：“H 區舊制造設施”、“H 區新制造設施”“氚提取設施”和“材料測試設施”。其中“H區舊制造設施”運行時間最長，設備老化問題最為嚴重，已經歷兩次擴建，目前處于替換過程中。《2018 年核態勢評估》指出，美國需要大幅提升氚的產量、新建“氚精加工裝置”以及對核武器綜合體進行戰略再投資。

美國目前的氚生產流程是：首先，利用瓦茨巴核電廠的商業核電機組對“產氚可燃吸收劑棒”（TPBAR）進行為期18個月的輻照，使吸收棒中的鋰-6 吸收中子后生成氚；然后，將輻照后的TPBAR運至薩凡納河，使用“氚提取設施”提氚，并隨后在“H區新制造設施”中進行純化處理，獲得符合核武器使用要求的純凈氚。

為全面保障軍用氚的供應，能源部從2003年開始利用瓦茨巴核電廠1 號機組產氚。為了提升氚產量，從2020年底啟用瓦茨巴2號機組產氚。薩凡納河“氚提取設施”每年的提氚次數持續增加：2006 年至2016 年為每年1 次，2017 年3次，2021年7次，計劃到2026年每年完成8次。

為替換“H 區舊制造設施”，提高生產效率，降低維護成本，能源部提出新建“氚精加工設施”計劃。2020 年啟動了“氚精加工設施”的設計，計劃2023年開工建設，2031年完工，預估造價為3.05億～6.4億美元。

2020年初，“薩凡納河氚企業”啟動戰略再投資計劃，旨在確保“氚提取設施”和“H區新制造設施”的持續運行，同時保證“H區舊制造設施”在“氚精加工設施”建成并投入使用前能夠繼續執行生產任務。該計劃還將提高“氚提取設施”產能。

4 軍用鋰

美國目前暫停生產新的鋰材料，通過回收退役鋰部件和加工鋰庫存來保障軍用鋰供應，滿足核武器庫存管理需求。為保障鋰的長期供應，美國正在采取兩項措施：一是維持現有鋰設施繼續運行，二是新建“鋰加工設施”，以完成對老舊設施的替代。

能源部2020年5月對Y-12鋰工廠的鋰清洗和提純工藝進行改進。一方面為了提高效率，另一方面為了有效降低加工過程中有害氣體（氯氣）的排放。能源部計劃2022年在小規模范圍內重建鋰回收的濕法化學工藝流程，預估投資為5330萬美元。

美國計劃新建一座“鋰加工設施”，用以替代建于曼哈頓時期的Y-12 鋰工廠。2020 年初，能源部批準了新建項目的設計和成本范圍，計劃2025 年進行項目的關鍵性能參數和進度審查，2028—2031 年完成鋰加工裝置建設，預估投資為9.55億～16.45億美元。

5 小結

軍用核材料相關能力建設，是美國“三位一體”核力量建設的重要組成部分，旨在支持到本世紀30 年代以及未來的核威懾能力建設，維持美國作為世界核大國的霸主地位。美國目前擁有充足的高濃鈾、軍用钚和軍用鋰儲備，因此暫停了這三種材料的生產，但保持著這些材料的回收、加工和部件制造能力，并在積極開展能力建設，實現以新代舊。由于軍用氚的半衰期較短，美國已恢復氚的生產，并在不斷提高產能。