Avancerade kärnreaktorer behöver en annan typ av uran. Här är 4 saker att veta.

Kärnkraften i framtiden kommer att behöva bränsle. Det har fått regeringar, energibolag och kärntekniker att ivrigt vilja lägga vantarna på HALEU: höganrikat lågberikat uran.

HALEU (uttalas som "Hey, Lou") var tidigare ett nischmaterial som huvudsakligen användes i kärnreaktorer för vetenskaplig forskning. Men nu har flera företag i USA föreslagit nya typer av kärnreaktorer som de påstår kommer att generera el mer effektivt och säkert. Sådana reaktorer, varav många kommer att drivas med HALEU, är en nyckeldel av USA:s regerings plan för att möta framtida efterfrågan på ren energi (SN: 12/14/22). Den 10 juni tog TerraPower, ett företag grundat av Bill Gates, första spadtaget till vad som ska bli en av de första av denna nya generation HALEU-drivna reaktorer. Men för närvarande tillverkar USA inte det bränslet i de mängder som kommer att behövas av denna nya generation. Så medan USA:s energidepartement finansierar utvecklingen av sådana avancerade reaktorer, arbetar de också för att säkra en tillräcklig tillgång på HALEU-bränsle.

Men vissa forskare uttrycker oro över ökningen av HALEU. Enligt en kommentar i Science den 7 juni kan HALEU användas för att tillverka ett kärnvapen, vilket inte är möjligt med det nuvarande reaktorbränslet.

HALEU:s potential att tillhandahålla kraft och de vapensbekymmer som kan följa med detta väcker pressande frågor. Här är fyra saker att veta om HALEU.

Jämfört med standardreaktorbränsle innehåller HALEU en större andel av en viktig variant av uran, isotopen uran-235. U-235 är fissilt: Dess kärna splittras i två vid absorption av en lågenergineutron, vilket frigör energi i processen.

Natururan innehåller endast cirka 0,7 procent U-235. Resten är mestadels isotopen U-238. För att användas i ett kärnkraftverk måste uran anrikas för att innehålla mer U-235. Standardreaktorbränsle innehåller cirka 3 till 5 procent U-235. Uran anrikat till 20 procent eller mer är känt som höganrikat uran, vilket, till skillnad från reaktorbränsle, kan användas för att tillverka kärnvapen.

HALEU hamnar mellan dessa två ytterligheter, med runt 5 till 20 procent U-235. Det betyder att det kan användas på sätt som reaktorbränsle inte kan, men USA och andra länder begränsar inte dess användning lika strikt som höganrikat uran.

HALEU-hysterin har drivits av intresset för avancerade kärnreaktorer. Den termen inkluderar en stor variation av reaktordesigner som inte passar in i standardmallen för reaktorer i USA. Avancerade reaktorer är ofta mindre än typiska reaktorer och kan använda en annan substans än vanligt vatten för kylning, såsom flytande natrium. Och avancerade reaktorer kräver ofta HALEU, anrikat till just under 20 procent.

Med HALEU "kan du göra kärnan mindre och mer energieffektiv inom det utrymme du har, vilket minskar byggkostnaderna", säger kärnteknikern Josh Jarrell vid Idaho National Laboratory i Idaho Falls. Och HALEU-bränsle kan användas i former som skiljer sig från urandioxidbränslet som används i nuvarande reaktorer (SN: 11/20/14). Vissa reaktordesigner använder ett metalliskt bränsle, eller vallmofrö-stora belagda uranpellets kallade TRISO. De olika bränslealternativen och olika reaktordesigner kan vara en fördel för säkerheten, säger Jarrell. "Beroende på designen krävs ingen faktisk mänsklig inblandning för att stänga ner säkert."

För tillfället existerar de flesta avancerade reaktorer i USA endast på papper. Men DOE finansierar två demonstrationsprojekt för avancerade reaktorer: TerraPowers Natrium-reaktor i Kemmerer, Wyo., och X-energys Xe-100-reaktor i Seadrift, Texas. Båda kräver HALEU.

Det finns ingen etablerad, storskalig kommersiell leverantör av HALEU i USA. Och oavsett hur avancerad en reaktor är, är den värdelös utan bränsle. Ryssland producerar HALEU, men en lag i USA som antogs i maj kommer att förbjuda de flesta importer av uran från Ryssland.

För att säkerställa att avancerade reaktorprojekt har bränsle har USA:s regering stöttat ansträngningar för att producera materialet. Ett företag baserat i Maryland, Centrus Energy Corp., har börjat producera en del HALEU som en del av ett demonstrationsprojekt i samarbete med DOE vid en anrikningsanläggning i Piketon, Ohio.