削减裂变材料储备

2016年12月12日上午10:58
Eryn麦克唐纳
全球安全分析师

最后的倒计时

美国持有的武器可用裂变材料——钚和高浓缩铀(HEU)——远远超过所需。这种材料存在安全风险,而且安全储存也很昂贵。其中一些裂变材料已被宣布为“超出军事需要”,正在等待处置。然而,即使在这些多余的材料被处理掉之后,美国仍将拥有远远超过其当前或未来武器库所需的材料。奥巴马总统应该宣布更多的过剩物资,并尽快安排处置。如果处理得当,这将减少核恐怖主义的机会。这也将是朝着更难逆转削减核武器的方向迈出的一步。

美国目前只有95吨多一点的钚。在1994年美国库存的99.5吨钚中,朝鲜宣布有61.5吨超出军事需要。其中大约4吨钚已经被处理掉,美国正在研究处理其他57.5吨被宣布过剩的钚的方法。在剩下的33.5吨保留给武器使用的钚中,有些在已部署和对冲的武器中,有些在从已退役和拆除的武器中移除的钚坑中。

美国核武器的核坑中只含有不到4公斤的钚,这就意味着目前美国的核武库在大约4500件已部署和储备的武器中,钚含量不超过18吨。因此,奥巴马总统可以宣布最多额外增加15吨钚,以满足军事需要,同时仍然保持美国的武器库,并保持在目前的规模。本周早些时候,能源部发布了一项新闻稿声明说,美国“致力于国际原子能机构对6吨剩余钚的可核查处置进行监督。”但是,为了避免混淆,这并不是承诺宣布任何额外的过剩钚,这只是意味着在它已经宣布的过剩钚中,有6公吨将接受国际原子能机构的监测和核查。总统应宣布上述额外的15公吨钚为多余。

然而,处理这些钚只有在处理得当的情况下才能降低恐怖主义风险。直到最近,美国还计划将钚转化为用于核反应堆的“MOX”燃料。(MOX是钚和铀氧化物的混合物。)该公司一直在南卡罗来纳州的萨凡纳河基地建造一个大型设施,生产MOX燃料,但这个项目遇到了成本和进度问题,美国能源部正在考虑其他选择。清单上最重要的是“稀释和处理”,这包括将钚与惰性材料混合,并将少量混合物放入废桶中,然后将其埋在深地下地质储存库-新墨西哥州的废物隔离试验工厂。由于2014年的事故,废物隔离试验工厂目前关闭,但能源部表示,它计划在2016年底前恢复运行。

反正你现在脑子里都是这个念头

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另一方面,通过MOX燃料处理钚需要将其转化为氧化形式,然后与低浓缩铀混合。然后,这种混合物将被制成用于商业核反应堆的燃料棒,在燃料经过辐照后,钚将受到乏燃料中高水平辐射的保护。然而,未使用的MOX燃料没有高放射性,从MOX燃料中分离钚只需要一个简单的化学过程。此外,这种燃料将用于商业反应堆,不具备武器可用材料所需的安全级别。这意味着MOX燃料的制造、运输和储存会比稀释和处理产生更大的安全风险。

除了安全方面的担忧外,据估计,用于制造MOX燃料的设施的建设成本已经从77亿美元跃升至170多亿美元,目前预计该设施无法投入使用直到2048年- - - - - -比计划晚了40年

基于所有这些原因,美国应该放弃MOX方法来处理其过剩的钚,而专注于稀释和处理方案。事实上,奥巴马政府已经在试图扼杀MOX项目,因为其成本大幅增加。然而,包括南卡罗来纳州参议员林赛·格雷厄姆在内的强大支持者阻止了它的消亡。与此同时,最重要的优先事项是在萨凡纳河遗址已经在低水平上开始的稀释和处理计划能够全面实施之前,安全可靠地储存这些材料。

高浓缩铀

除了用于核武器之外,高浓缩铀还被用作核反应堆的燃料,为所有美国潜艇和航空母舰提供动力,尽管有努力结束这种对武器可用材料的依赖。一个2014年国会报告海军反应堆办公室表示,“最近的工作表明,存在开发一种先进燃料系统的潜力,该系统可能使使用高浓缩铀燃料的海军核心具有更高的能量,或者允许使用低浓缩铀燃料,对反应堆寿命、尺寸和船舶成本的影响较小。”美国的一些研究反应堆也在使用铀,但随着越来越多的人转而使用低浓缩铀(LEU),这一数字正在下降,而低浓缩铀直接用于核武器是极不现实的。

国际裂变材料小组据估计,美国目前的高浓缩铀库存约为600吨,其中253吨已制成或可用于制造武器。美国的核武器在次级武器中含有大约15公斤的高浓缩铀,有些在初级武器中还含有另外10公斤的高浓缩铀。如果武器库中的每件武器都含有15到25公斤的高浓缩铀,那么美国目前总共4500件武器的武器库中就含有68到113公吨的高浓缩铀。这意味着总统可以在保持现有武器库和对冲规模的同时,宣布至少额外140公吨高浓缩铀为过剩。

在过去20年里,美国宣布374公吨高浓缩铀超出了核武器的需要。其中的152吨被预留出来作为海军核反应堆的燃料,另外20吨被预留给太空和研究反应堆。计划处置剩余的过量高浓铀;大多数将与天然铀或贫铀混合,将其转化为低浓缩铀,低浓缩铀不能直接用于武器,但可以用于生产目前使用的那种反应堆燃料。另外22吨乏燃料将在一个地质储存库中处理。

根据IPFM截至2014年12月底,美国已将146.6吨高浓铀降级混合或用于降级混合。的能源部2016财年预算申请表明计划向下混合的186公吨过剩高浓铀将在2030年底前全部完成。这比之前设定的2050年的目标日期要早,但每年只需要倒混约2.5公吨高浓铀,就能完成剩余40公吨高浓铀的处理,这比过去的速度要慢得多每年大约10公吨.的能源部说这一速度取决于“有关美国核武器储备、拆除弹头的速度以及从研究反应堆接收高浓缩铀的决定”等等。到目前为止,进一步加快向下混合的速度似乎还不是优先事项,但在所有这些过量的高浓铀都向下混合之前,它仍然是一个安全风险。