高浓铀：更少即更多

减少使用高浓铀（HEU）的国际举措应得到无条件的支持，但向低浓铀（LEU）转换通常是个艰巨的项目。研究堆采用多种设计且用途广泛，而且不同国家对如果完成这个转换有不同的看法。我国哈萨克斯坦已有初步计划，打算将三个研究堆转换为使用低浓铀燃料。但进展却不如应有的那么快。

为什么呢？要回答这个问题，就必须了解跟哈萨克斯坦研究堆有关的官僚系统，所有研究堆都由政府机构拥有并经营。我国四个研究堆中，两个名为 IVG 及 IGR 的反应堆为国家核中心（National Nuclear Center）所有，由该中心的一个部门，即原子能研究院，也就是我的雇主来运营。第三个反应堆为核物理研究院（Institute of Nuclear Physics）所有，这个研究院是独立于国家核中心的。第四个反应堆处于长期停用状态，燃料已卸载，从低浓转换这个角度而言毫无意义。

向 LEU 转换必须得到两个政府机构的批准，即原子能机构（Atomic Energy Agency，管理反应堆及监督许可证授予和安全等问题）以及工业与新技术部（Ministry of Industry and New Technologies）。该部已批准 IVG 和 IGR 反应堆进行转换。但原子能机构（很快将重组为原子能委员会（Committee of Atomic Energy））尚未批准。只有设备的首席设计师和研究主管批准对反应堆做调整，该机构才会批准进行转换；哈萨克斯坦法律法规要求，对于向 LEU 转换这样的决定，必须要有每个反应堆的首席设计师及研究主管的参与。

而事情到了这里就变得更复杂了，因为这些反应堆的首席设计师和研究主管并非哈萨克斯坦的实体。相反，这些反应堆源于苏联，因此首席设计师和研究主管其实是俄罗斯政府所有的俄罗斯实体，现在在反应堆运营中发挥的作用很小。更重要的是，首席设计师及研究主管的行动至今为止并未受到过任何单个俄罗斯实体的调配，只能由原子能研究院在它们之间进行协调。但是，协调位于另一个国家的实体的行为并不是该研究院有能力做到的。

在这里，回忆一下这些研究堆最早在哈萨克斯坦成立时所使用的组织结构是有用的。所有工作都受到苏联负责核科学、能源及工业的部门统一管辖。研究主管、首席设计师，和营运组织都是这个部门的一部分，彼此间通过一套明确的责任义务而相互联系在一起。这样一个相互作用的系统帮助建立了苏联最先进的科学及工业部门以及世界上最先进的核电产业之一。遗憾的是，哈萨克斯坦政府总的来说缺乏前苏联部门所拥有的这些能力，更不用说原子能研究院了。

面对这一切，"全球减少威胁倡议"（Global Threat Reduction Initiative，一个有关 HEU最小化的美国项目）的代表曾试图与另一个实体，即俄罗斯反应堆燃料的制造商接洽。当时的想法是，燃料供应商可以开发一种能让反应堆进行转换的低浓铀燃料。但是，尽管这也许会解决一些技术上的问题，但却不能解决这些官僚问题。首席设计师及研究主管的充分参与仍是必要条件。

原子能研究院正试图避开这些问题，通过跟反应堆的燃料供应商谈判，希望燃料供应商将承担协调所有相关俄罗斯实体的责任。事实上，在由哈萨克斯坦核物理研究院运营的研究堆，转换工作进展更为顺利，而这恰恰是由于一个俄罗斯国有燃料生产商正在所有相关俄罗斯实体之间做协调。

哈萨克斯坦的转换过程的理想解决方案可能是，美国政府的代表更多地跟俄罗斯官员联系，让俄罗斯政府对这件事真正感兴趣 — 对转换过程中涉及俄罗斯的研究主管、首席设计师和燃料制造商的所有方面都负起责任。最后，没有这种政府间的合作，转换可能也能进行下去。但在任何情况下，哈萨克斯坦在转换方面的经验提供了一个例子，说明了反应堆在试图最大限度地减少使用高浓铀时会碰到的问题。

大约 85％ 的诊断性核医学操作（相当于每年三千万次操作）使用锝-99 这种亚稳态医用同位素。它是钼-99的衰变产物，钼-99 被认为是核医学中使用的最重要的放射性同位素。

钼-99有数种生产方法，其中对医疗应用而言最有效的方法是裂变 — 用核反应堆中产生的热中子辐照铀靶件。这使得铀原子分裂（或裂变）成各种稳定态放射性的同位素，其中之一就是钼-99。这种同位素最终被送到发生器的制造商那里，制造商将发生器送到核医学中心。在那里，锝-99 被用来标记诊断性程序中使用的分子。

高浓铀（HEU）或低浓铀（LEU）都可以使来作为靶件（即反应堆堆芯中，发射中子诱发裂变的材料）。使用 HEU 不可避免地带有核扩散和核恐怖主义的风险。使用 LEU 可使这些风险显著降低。

从高到底。阿根廷国家原子能委员会（CNEA）负责进行核研究及发展，也负责如放射性同位素生产等应用及服务，1985 年开始生产钼-99，使用浓缩到 90％ 以上的同位素 235 靶件。在 1988 年和 1989 年期间，该委员会的 RA-3 堆 — 当时及现在都是拉美地区最重要的生产放射性同位素的反应堆 — 被改造为使用 LEU 燃料，从而应对国际核扩散方面的担忧。当时，高浓铀最小化的下一步就是制定一套使用低浓铀靶进行钼生产的程序。

那时的第一个挑战是产生一个合适的的 LEU 靶件，让钼产量至少跟高浓铀靶件的一样多。为此，CNEA 负责燃料元素、靶件制造以及为钼分离和纯化所用靶件进行化学处理的各个组推出了一个联合项目，对一些铀化合物进行了测试，最后终于产生了一个 LEU 靶件，它在几何上跟以前用的高浓铀靶件相似，但铀含量更高。

要开始使用这些新的靶件，就需要对工厂的分离和纯化过程做一些改变，但基础设施只需作出轻微的调整即可。2002 年，LEU 靶件的钼-99 开始商业化生产。整个改造项目全是由委员会的工作人员开展的，并没有任何外部技术或资金支持。如今，CNEA 生产高品质的钼-99，可满足阿根廷的所有需求以及巴西需求的三分之一。此外，生产的钼-99 中约 15％ 以锝-99 发生器的形式出口到巴西以外的拉美地区。

阿根廷从 HEU 到 LEU 的改造经验常在国际上被用来证明这样的转变在技术上和经济上是可行的。例子有： 2009 年美国国会指定的研究"无高浓铀的医用同位素生产"；"有关医用放射性同位素供应之安全性的高级别小组"（High-Level Group on Security of Supply of Medical Radioisotopes）的出版物，旨在应对全球供应问题，以及在裂变放射性同位素生产中向 LEU 靶件的转化；还有美国能源部被称为"研究堆和试验堆低浓化"的计划。

CNEA 目前正在努力建造一个新的研究及生产反应堆，以及一个新的具有更高生产能力的裂变放射性同位素生产厂，这将有助于提高 使用 LEU 靶件生产的医用放射性同位素的供应。这将帮助避免锝-99 的供应危机 — 2009 年，位于加拿大的一个锝工厂的问题引发了这一危机，这也将为全球高浓铀最小化的倡议做贡献。

鼓励转换。国际社会努力最大限度地减少 HEU 在民用部门的使用，这方面的工作正朝着正确的方向前进。上述诸项举措是宣传低浓化改造可行性及重要性的有力工具；国际原子能机构就这一主题协调会议并建立研究项目的努力也同样如此。在国家层面上，对裂变钼产品有强烈需求的国家应该偏向使用 LEU 靶件的供应商，并且限制基于 HEU 的产品。

CNEA 对转换过程贡献良多 — 不仅改造了它自己的 RA-3 、 RA-6 反应堆堆芯和钼-99 生产过程，转用 LEU，而且还把它的 LEU 生产技术成功地转移给了国外的实体。这其中包括澳大利亚核科学和技术组织（Australian Nuclear Science and Technology Organisation）和埃及原子能管理局（Atomic Energy Authority of Egypt）。

总之，国家和多边努力有助于更好地理解民用领域消除 HEU 的重要性。这有利于世界变得更加安全。

控制裂变材料的使用途径是可用的防止核武器扩散措施中最重要的方法之一，人们普遍认为，高浓铀（HEU）无论军用或民用，都会造成核扩散威胁。这解释了为何国际社会更支持低浓铀（LEU）而非高浓铀。但是，选择最大限度减少 HEU 的发展中国家面临什么挑战呢？

在发展中世界，高浓铀的两种用途与最大限度减少 HEU 的举措有关：作为燃料，用于尚未转用或不能转用 LEU 的研究堆；以及作为裂变铀靶件，用于生产医用放射性同位素。（其他两个用途可能会在未来谈及：作为海军反应堆及快速反应堆的燃料。）

美国国家核安全管理局（NNSA）及国际原子能机构（IAEA）等促进转用低浓铀的组织，有时会采用"胡萝卜加大棒"的政策来鼓励发展中国家进行转换。所谓"棍子"，就是这些组织可能会宣称发展中国家若不转用低浓铀，就将失去浓缩铀供应。所谓"胡萝卜"，这些组织可能会向发展中国家提供研发支持或放射性同位素出口机会。由于政治压力或商业限制，并为了跟国际进行合作，许多发展中国家正试图尽可能减少高浓铀的使用。然而，发展中国家研究堆的一个"并发症"，就是设施的管理人员常常面临压力，需要减少利益相关方的成本– 无论是作为燃料还是靶件，向低浓铀转换都会带来重大的财务影响

成本太高？一些以高浓铀为燃料的研究堆并无向低浓铀转换的迫切需要 — 它们的燃料库存足够多个运行周期使用。但是，需要新鲜燃料供给的反应堆就面临两方面的问题了：反应堆转换到 LEU 是否可行；以及能否高效、经济地进行转换？管理层如果决定转换，就必须找到适合的财政支持，以确保向 LEU 平稳过渡，保证设施运作的可持续性。

向生产医用放射性同位素的低浓铀靶转换呈现出一系列不同的问题。放射性同位素生产是一项主要的国际产业；钼-99，更具体地说是它的衰变产物锝-99（一种亚稳态的医用同位素），每年在约 3 千万例患者应用中发挥作用。从历史上看，该行业一直是依靠辐照 HEU 靶件（通常是铀-235 浓缩到 90％ 以上）。转用 LEU 靶件要求靶件的铀含量增加到原来的两倍或更多。这在技术上是个挑战。此外，放射性同位素生产如果要保持稳定，就需要更多的靶件，并会产生更大量的废弃物。

另一个障碍是，无论转换的是燃料或靶件，把设施向 LEU 转换时往往需要几年的筹备时间，在此期间，必须更新核授权及允许从事医疗应用的许可。这些都意味着大量的前期成本，需由反应堆或其同位素生产商，或由一个主要的利益相关者（如政府）来承担。此外，研究堆和同位素生产设施必定担心任何转换过程中的销售损失，这意味着通常需要在进行转换的同时继续现有的生产流程。这对产能和成本有显著的影响。

面临这些问题的发展中国家的研究堆，金融方面的选择通常有限。它们可以向政府这样的利益相关者寻求协助；尝试使用商业同位素生产带来的资金设法应付；或者，如果有的话，它们也可以寻求发达国家的援助 — 激励机制。（往往结合这三种方法才会带来最佳结果。）发达国家的重大技术、资金援助来自美国能源部和 NNSA 的"研究试验堆低浓化项目"（Reduced Enrichment for Research and Test Reactors Program）以及"俄罗斯研究堆燃料返回计划"（Russian Research Reactor Fuel Return Program）等来源；两者都收到了 IAEA 大量组织和资金支持。

限制太低？通常情况下，发达国家和发展中国家讨论最大限度减少 HEU 时，提上议程的第一个问题是将反应堆转换为低浓铀。第二是及时从不再使用核材料的设施中移除和处理这些核材料。为了帮助反应堆转换，发达国家通常为运作 LEU 反应堆可行性以及转换后同位素生产预计增加的成本提供带资助的计算评估。移除和处理核材料引起一系列问题，包括使用后的裂变材料在得到适当处理或退还前的安全存储。近年来，将反应堆使用后的可裂变材料退还给美国和俄罗斯这方面已取得显著进展，但问题依旧存在 — 例如，怎样退还并非来自美国或俄罗斯的剩余材料。此外，美国"全球削减威胁倡议"中的一项倡议，即"Gap Material Program"，旨在应对其他项目没有处理的高风险材料问题，现在似乎也停滞不前。

除了这些以外，此次"圆桌讨论"提出的问题 — "发达国家可以怎样在新兴和发展中国家最好地激励最大限度减少 HEU？" — 需要清楚地阐释何谓"最大限度减少 HEU"。

最大限度减少 HEU 的所有动力都与"核不扩散条约"以及 200 个签约国防止核武器扩散的努力相关。最大限度减少 HEU 在民用领域的使用是该条约的自然产物。但是，尽管经常讨论这个问题，对于何谓"最大限度减少 HEU"，而非"彻底消除 HEU"，并没有普遍的共识。另外，也有人认为所有程度的 HEU 使用都代表着真正的核扩散问题，这种想法也备受怀疑。

根据定义，HEU 有 20％ 以上的浓缩的铀-235；LEU 是小于 20％ 的浓缩铀-235。我在这里提出一个问题，也许有冲突但仍然值得考虑：为什么不能把 LEU 临界点提高到 20％ 以上，从而帮助发展中国家的研究堆克服转换过程中面临的技术和财政方面的挑战呢？