美国军用核材料能力建设进展

军用核材料主要包括高浓铀、军用钚、军用氚和军用锂。冷战时期，美国为在与苏联的核军备竞赛中取得优势，生产了大量军用核材料。冷战结束前后，由于军用核材料储备充足，美国曾暂停所有军用核材料生产，但仍高度重视相关能力建设，维持了完整的军用核材料回收与加工能力。由于氚的半衰期为12.3年，每年会因衰变损失5%，美国于2003年恢复了氚的生产。《2018年核态势评估》报告指出，美国应继续采取措施，确保铀加工、钚弹芯、反应堆产氚、锂化合物等核武器基础设施具备必要的技术能力、生产能力和响应能力。

1 高浓铀

美国有足够的军用高浓铀库存，已暂停其生产，目前主要进行铀材料和部件的生产和加工。高浓铀的储存、拆卸、处置等工作主要在Y-12国家安全综合体进行。为保障铀材料/部件的生产加工能力，美国在大力推进“铀加工设施”建设的同时，积极应对Y-12 综合体9212 大楼中现有铀加工设备老化问题。

Y-12“铀加工设施”建设是美国能源部自曼哈顿计划以来在田纳西州最大的投资项目之一，将确保美国浓缩铀加工和处理能力的长期稳定性和安全性。该设施计划于2025年前投运，总投资不超过65 亿美元。其建设项目包含7 个子项目：“准备工作”已于2015年2月完成；“现场基础设施和相关保障工作”于2018年2月完工；“变电站”于2019年12月建成；“机械/电气建设”、“配套设施保障”、“救助和问责管理”和“主要工艺流程建设”正在持续推进中。由于具备现代化、高效、安全等优势，该设施建成后将替代9212大楼中的绝大部分现有设施，确保铀加工作业的顺利推进。

9212大楼建于1945年，是美国最早开展金属铀部件加工的设施，存在超龄服役、设备老化等问题。Y-12正在逐步淘汰9212大楼的湿法化学工艺和金属转化工艺，计划2025年前完全关闭该大楼，届时将由“铀加工设施”接替。为在过渡期内保持铀加工能力，能源部计划在该大楼安装电精炼、煅烧、切屑熔化工艺设备，以替代和优化现有工艺设备。2020年9月，Y-12利用新型电精炼系统生产出首个工业品位的金属铀产品，成功证明该工艺可用于金属铀的加工制造，同时Y-12还在测试该系统是否适合扩大规模生产。新型电精炼系统计划于2023年完全投入使用。此外，Y-12将采用煅烧工艺对大楼关闭前的剩余材料进行处理，其碎屑转移工作将由切屑熔化工艺完成。

2 钚弹芯

美国拥有足够的军用钚库存，现已暂停生产，目前主要进行钚弹芯生产、钚材料加工等工作。为弥补钚弹芯生产能力的不足，国防部和能源部2018年5月正式宣布“双场址”战略，即在洛斯·阿拉莫斯国家实验室建设年产至少30 枚钚弹芯的设施；在萨凡纳河建设年产至少50 枚钚弹芯的设施。未来，这两座设施每年能够生产总计80枚钚弹芯。

2021 年4 月，洛斯·阿拉莫斯钚弹芯生产设施建设项目完成项目造价和日程的初步估算，预估总造价为27 亿～39 亿美元，将于2027—2028年建成投运。

2018年5月，能源部宣布将对已停止建设的萨凡纳河混合氧化物（MOX）燃料制造设施进行改造，并在此基础上建设钚弹芯生产设施。MOX燃料制造设施始建于2007年，原计划用于处置过剩军用钚，后因造价严重超支而停建。萨凡纳河钚弹芯生产项目2021 年6 月完成项目成本的初步估算，预估总造价为69 亿～111 亿美元，将于2032—2035年建成投运。

3 军用氚

军用氚是美国唯一正在生产的军用核材料。美国主要从两方面确保氚供应，一是从现有库存弹头中回收氚，进行循环利用；二是利用商用轻水堆产氚。“萨凡纳河氚企业”是美国唯一保障氚供应、向国防部提供氚材料的企业。主要设施包括：“H 区旧制造设施”、“H 区新制造设施”“氚提取设施”和“材料测试设施”。其中“H区旧制造设施”运行时间最长，设备老化问题最为严重，已经历两次扩建，目前处于替换过程中。《2018 年核态势评估》指出，美国需要大幅提升氚的产量、新建“氚精加工装置”以及对核武器综合体进行战略再投资。

美国目前的氚生产流程是：首先，利用瓦茨巴核电厂的商业核电机组对“产氚可燃吸收剂棒”（TPBAR）进行为期18个月的辐照，使吸收棒中的锂-6 吸收中子后生成氚；然后，将辐照后的TPBAR运至萨凡纳河，使用“氚提取设施”提氚，并随后在“H区新制造设施”中进行纯化处理，获得符合核武器使用要求的纯净氚。

为全面保障军用氚的供应，能源部从2003年开始利用瓦茨巴核电厂1 号机组产氚。为了提升氚产量，从2020年底启用瓦茨巴2号机组产氚。萨凡纳河“氚提取设施”每年的提氚次数持续增加：2006 年至2016 年为每年1 次，2017 年3次，2021年7次，计划到2026年每年完成8次。

为替换“H 区旧制造设施”，提高生产效率，降低维护成本，能源部提出新建“氚精加工设施”计划。2020 年启动了“氚精加工设施”的设计，计划2023年开工建设，2031年完工，预估造价为3.05亿～6.4亿美元。

2020年初，“萨凡纳河氚企业”启动战略再投资计划，旨在确保“氚提取设施”和“H区新制造设施”的持续运行，同时保证“H区旧制造设施”在“氚精加工设施”建成并投入使用前能够继续执行生产任务。该计划还将提高“氚提取设施”产能。

4 军用锂

美国目前暂停生产新的锂材料，通过回收退役锂部件和加工锂库存来保障军用锂供应，满足核武器库存管理需求。为保障锂的长期供应，美国正在采取两项措施：一是维持现有锂设施继续运行，二是新建“锂加工设施”，以完成对老旧设施的替代。

能源部2020年5月对Y-12锂工厂的锂清洗和提纯工艺进行改进。一方面为了提高效率，另一方面为了有效降低加工过程中有害气体（氯气）的排放。能源部计划2022年在小规模范围内重建锂回收的湿法化学工艺流程，预估投资为5330万美元。

美国计划新建一座“锂加工设施”，用以替代建于曼哈顿时期的Y-12 锂工厂。2020 年初，能源部批准了新建项目的设计和成本范围，计划2025 年进行项目的关键性能参数和进度审查，2028—2031 年完成锂加工装置建设，预估投资为9.55亿～16.45亿美元。

5 小结

军用核材料相关能力建设，是美国“三位一体”核力量建设的重要组成部分，旨在支持到本世纪30 年代以及未来的核威慑能力建设，维持美国作为世界核大国的霸主地位。美国目前拥有充足的高浓铀、军用钚和军用锂储备，因此暂停了这三种材料的生产，但保持着这些材料的回收、加工和部件制造能力，并在积极开展能力建设，实现以新代旧。由于军用氚的半衰期较短，美国已恢复氚的生产，并在不断提高产能。