Last Updated on 2026 年 3 月 9 日 by 総合編集組
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自從二零二零年代中期開始，世界能源結構出現了明顯的轉變。進入二零二六年之後，核能已經在推動碳中和目標、支援大型人工智慧資料中心運作，以及保障各國能源獨立等方面，確立了不可或缺的地位。此時的核燃料技術，不再單純是發電過程中的消耗材料，而是代表一個國家在科技能力、資源掌控與環境責任上的重要指標。
最新市場調查顯示，二零二五年全球核燃料相關產業達到三四二點三億美元的規模，二零二六年預計將成長到三五三點三億美元，並且以大約百分之三點二的複合年增長率繼續擴張。這種擴張主要來自於電力需求快速上升，尤其是工業電氣化以及交通部門脫碳的壓力，讓擁有高能量密度、零碳排放且能穩定供電的核燃料，成為目前唯一能大規模應用的選項。
全球核燃料市場現況與成長動力分析
二零二六年的核燃料產業正處於從傳統壓水式反應爐轉向新一代小型模組化反應爐的轉型階段。這不只涉及技術參數的提升，更包括供應鏈的重整以及國際權力平衡的調整。雖然傳統鈾燃料仍然占據主要位置，但混合氧化物燃料和其他新型燃料的份額正逐漸增加，顯示出封閉式燃料循環以及高效率堆芯設計的發展方向。
以下是主要核燃料市場細分的估計數據：
| 市場細分項目 | 二零二五年估算值 (億美元) | 二零二六年預測值 (億美元) | 二零三零年預測值 (億美元) | 複合年增長率 |
|---|---|---|---|---|
| 全球核燃料市場總計 | 342.3 | 353.3 | 402.1 | 3.2% – 3.3% |
| 核電廠運營市場 | 335.3 | 346.1 | 387.7 | 2.9% – 3.2% |
| 高含量低濃縮鈾 (HALEU) | 1.8 | 2.5 | 12.0 | >15% |
| 混合氧化物燃料 (MOX) | 1.45 | 1.68 | 4.06 | 16.2% |
| 核燃料核心市場 | 60.16 | 65.75 | 111.1 | 9.3% |
資料顯示，高含量低濃縮鈾核燃料領域成長特別迅速，而混合氧化物燃料也呈現強勁擴張態勢。
在地緣政治層面，供應鏈正在進行去風險化和本土化調整。過去俄羅斯在濃縮服務領域占有超過四成的全球產能，這讓西方國家產生安全顧慮。為此，美國與歐盟夥伴正積極投入資源，例如美國能源部提供大量資金給Centrus Energy等企業，建立國內高含量低濃縮鈾生產能力，希望在二零三零年前減少對外部依賴。
亞太地區目前已成為最大市場，主要得益於中國正在運轉二十五座並建設十八座核電廠，以及印度核能三階段計畫的進展。北美地區則預期在接下來五年展現最快速的增長，這與美國政府透過政策推動核能復興、加速小型模組化反應爐部署以及重啟舊有電廠的措施有直接關係。
從礦石到燃料棒的傳統鈾燃料完整流程
儘管新型燃料備受矚目，以二氧化鈾為基礎的低濃縮鈾系統依然是目前全球核電的主要支柱。掌握這個循環的各個環節，有助於了解其經濟效益與環境考量。
鈾元素在地殼中含量大約每百萬分之四，在花崗岩中分布相當廣泛。二零二六年的開採作業已高度自動化，並強調永續環保。
原地浸出技術是當前最常見且具成本優勢的方法，占全球產量的比例持續提高。這種方式將含氧地下水注入多孔礦體，使鈾溶解後抽取到地面處理，幾乎不擾動地表環境，且降低作業人員輻射暴露風險。相較之下，露天開採適合淺層礦床，而地下開採則應用於較深層富礦區，此時必須安裝強力通風系統來處理氡氣問題。
礦石粉碎後，透過硫酸或鹼溶液浸出，沉澱形成氧化鈾濃縮物，也就是俗稱的黃餅。接下來是轉換階段，黃餅被提純並轉化為六氟化鈾，這種物質在較低溫度下就能氣化，便於後續分離。目前擁有大規模轉換設施的國家包括美國、加拿大、法國、俄羅斯與中國。
濃縮過程利用高速離心機，根據鈾二三五與鈾二三八質量差異約百分之一進行分離。產生的貧化鈾雖然在一般熱中子反應爐用途有限，但在快中子反應爐或屏蔽用途仍有價值。
燃料製造部分，先將六氟化鈾還原成二氧化鈾粉末，然後壓製成圓柱形陶瓷顆粒，在超過一千四百度的高溫爐中燒結硬化。這些顆粒接著裝入鋯合金管內，鋯合金被選用是因為它對熱中子吸收極低，同時具備良好機械強度與耐腐蝕特性。最後數百根燃料棒組成方形或六角形格架，配上控制棒導管，形成完整燃料組件。
在反應爐內，鈾二三五吸收中子發生裂變，釋放能量遵循質能轉換原理 E = mc²。產生的熱量由冷卻劑帶走，轉化為驅動發電機的蒸汽。
耐事故燃料技術的材料科學進展
二零二六年，燃料研發焦點已轉向提升內在安全性。耐事故燃料旨在讓反應爐在失去冷卻劑的情況下，仍能維持結構完整更長時間，提供更多應變空間。
傳統二氧化鈾在高燃燒度下容易釋放裂變氣體並出現顆粒破裂。為改善此問題，業界採用摻雜技術，例如添加微量三氧化二鉻，可促進燒結時晶粒成長。較大晶粒讓裂變產物如氙和氪擴散路徑變長，從而減少氣體釋放。這種摻雜燃料也展現較高熱蠕變速率，在燃料與包殼互動時能透過塑性變形緩解機械應力。
另一重要創新是鉻塗層包殼。在福島事件中，鋯合金高溫下與蒸汽反應產生氫氣是主要問題。現在，像是法馬通公司正在推廣十到二十微米厚的鉻塗層。這層保護不僅提升耐腐蝕性，更能在事故高溫環境阻隔蒸汽與鋯接觸，大幅降低產氫速率。相關測試顯示，在喬治亞州Vogtle二號機組經過五十六個月運轉後，塗層仍保持良好完整性，沒有明顯剝落或氧化現象。
主要供應商技術實力與市場定位比較
核燃料市場由少數大型企業主導，西屋電氣、法馬通、俄羅斯國家原子能公司與歐安諾各有專長。
西屋電氣作為壓水堆技術先驅，其ADOPT燃料顆粒已成為高效堆芯的參考標準。該產品結合氧化鉻與氧化鋁摻雜，達成超過六十二吉瓦日每噸鈾的燃耗能力。最近更獲得核管會批准，將濃縮度提升至百分之六以上，也就是所謂的LEU+。此外，西屋開發了適合俄系VVER反應爐的六角形燃料，目前已在捷克、芬蘭、烏克蘭與保加利亞等地獲得採用，幫助這些國家減少對單一來源的依賴。電力公司工程師對其技術支援給予肯定，但也提到價格較缺乏彈性。
法馬通公司則以嚴謹工程與包殼創新著稱。其GAIA燃料組件使用Q12材料製造導向管，提升抗輻射變形能力。在Calvert Cliffs與Vogtle電廠的測試中，鉻塗層結合摻雜顆粒的方案展現優異表現。客戶特別讚賞其客製化服務，適合追求長期可靠性的專案。
俄羅斯國家原子能公司擁有完整產業鏈優勢，即使面對外部壓力，仍維持成本競爭力。其TVS-K燃料針對西方壓水堆設計，使用獨特鋯合金提供良好水化學穩定性。公司也是快堆與混合氧化物燃料的領導者，例如BN-800反應爐已實現全MOX運轉，並出口燃料給中國項目。在亞洲、非洲與中東地區，客戶重視其一站式服務模式，包括融資與廢料管理。
歐安諾則專精於封閉循環技術。其La Hague工廠每年處理超過一千噸乏燃料，回收鈈製成混合氧化物燃料，為法國核電貢獻約百分之十的燃料需求，同時減少廢料體積。公司還將技術延伸至穩定同位素應用，支援醫療與量子領域。長期合約讓歐洲與日本客戶獲得可靠的廢料解決方案。
小型模組化反應爐與高含量低濃縮鈾的發展機會
小型模組化反應爐的興起對燃料供應提出新要求，特別是濃縮度介於百分之五到二十的高含量低濃縮鈾。
LEU與HALEU特性比較
| 參數 | 傳統低濃縮鈾 | 高含量低濃縮鈾 |
|---|---|---|
| 鈾二三五濃縮度 | 小於5% | 5%至20% |
| 典型燃耗潛力 | 40至60吉瓦日每噸 | 80至150吉瓦日每噸以上 |
| 反應爐體積效率 | 較低 | 極高 |
| 主要應用 | 大型壓水堆或沸水堆 | 小型模組化反應爐、微型堆、研究堆 |
這種較高濃縮度帶來更高的中子通量，讓反應爐能在較少換料次數下長時間運轉，特別適合偏遠地區或工業專用場合。
在這領域，三層同向性顆粒(TRISO)燃料備受期待。燃料核心被三層陶瓷與碳層包裹，內層碳緩衝吸收氣體，外層碳化矽形成微型壓力容器，能承受一千六百度以上高溫而不釋放放射性物質。即使冷卻系統失效，燃料本身也能鎖住裂變產物。Radiant等企業預計在二零二六年測試相關微反應爐，推動核能朝工廠化生產方向發展。
然而，HALEU供應仍是瓶頸。目前俄羅斯是唯一具規模出口能力的國家。美國正透過核燃料先導計畫支持多家公司建立本土生產，並開發雷射濃縮技術以提高效率並降低能耗。
封閉式循環、混合氧化物與釷燃料的多元發展
全球對核廢料管理的重視，加速封閉循環技術的應用。這種模式將使用過的燃料視為資源而非負擔。
乏燃料中約含百分之一的鈈，經過化學分離後可與貧鈾混合製成混合氧化物燃料。每使用一噸此類燃料，大約可節省十二噸天然鈾，並降低最終處置庫的熱負荷。目前大多數壓水堆只能使用約百分之三十的混合氧化物，未來目標是實現全芯塊應用，需要優化控制棒與冷卻設計。
快中子反應爐具有增殖能力，能將鈾二三八轉化為鈈二三九，產生更多燃料。俄羅斯BN-800反應爐已是商用示範，展示處理長壽命超鈾元素的潛力。熔鹽反應爐使用液態燃料，可進行線上處理進一步提高效率。
印度則在釷燃料循環取得進展。釷在地殼含量是鈾的三倍，印度擁有全球四分之一儲量。Clean Core Thorium Energy與愛達荷國家實驗室合作的ANEEL燃料，將釷與高含量低濃縮鈾混合，可直接用於現有重水堆，無需硬體修改。測試顯示燃耗達五十五吉瓦日每噸，比天然鈾燃料高出許多，燃料駐留時間延長八倍，廢料量減少約百分之八十。隨著Kalpakkam原型快堆預計併網，印度三階段計畫進入新階段。
產業輿論、使用者反饋與社會討論
二零二六年，核燃料議題已進入公眾視野。美國蓋洛普調查顯示民眾支持率達到百分之六十一，創下長期新高。
支持者包括科技產業人士，他們在專業平台強調核能是唯一能提供穩定電力且不增加碳排放的方案，特別看好三層同向性顆粒與小型模組化反應爐在能源分散化中的角色。另一方面，環保團體持續關注廢料處置問題，例如新墨西哥州與德州對臨時儲存設施的訴訟，成為討論焦點。
在技術社群如核能相關論壇中，工程師討論二十四個月燃料週期的可行性，指出雖然先進燃料能延長運轉時間，但電廠其他設備如泵浦與閥門需同步提升可靠性，否則可能導致非計畫停機。對於高含量低濃縮鈾供應集中於少數國家的情況，也有人表達擔憂，認為這可能影響小型模組化反應爐的商業化進度。歐洲網友則反思過去快堆發展經驗，認為維持相關技術能力至關重要。
大型電力營運商的反饋正面。美國最大核電業者提到，透過與供應商合作，先進燃料提升了電廠夏季高溫時的可靠性，容量因子達到百分之九十八點八。烏克蘭國家核電公司則表示，成功轉用西方燃料不僅確保戰時供電，更實現能源獨立。
二零二六年後的核燃料演進方向總結
回顧二零二六年，核燃料領域已從基本燃燒轉向精細材料工程。以下是關鍵面向的現況與預期：
| 關鍵維度 | 二零二六年現況 | 未來趨勢 (二零三零年後) |
|---|---|---|
| 燃料濃縮度 | 低濃縮鈾(3-5%)轉向LEU+(5-10%) | 高含量低濃縮鈾(15-20%)成為小型模組化反應爐標準 |
| 安全性設計 | 耐事故燃料全面商用 | 被動安全熔鹽與氣冷反應爐普及 |
| 資源利用 | 單次通過循環為主 | 混合氧化物與快堆封閉循環比例大幅增加 |
| 供應鏈結構 | 俄羅斯與中國主導濃縮 | 西方建立自主彈性燃料鏈 |
| 燃料類型 | 陶瓷二氧化鈾 | 三層同向性、金屬鈾與液態燃料並存 |
整體而言，二零二六年標誌著核能復興與技術轉型的交會點。從摻雜顆粒到鉻塗層包殼，從三層同向性燃料到釷循環的探索，這些進展共同構築零碳能源的基礎。雖然高含量低濃縮鈾供應與地緣因素帶來短期挑戰，但在人工智慧電力需求與氣候壓力下，核能依賴將持續深化。掌握高效、安全且可循環的燃料體系，將決定未來能源競爭中的位置。核燃料已成為人類文明進步中極為關鍵的能量載體。
結語警語： 再次提醒，上述內容為整理改寫，建議讀者查閱原始報告以獲取最新發展。核能議題涉及複雜技術與政策，請參考權威機構意見。
參考來源
- Nuclear Fuel Market Report 2026, Size And Share, Forecast – https://www.thebusinessresearchcompany.com/report/nuclear-fuel-global-market-report
- Nuclear Power Plant Market Report 2026 – https://www.globenewswire.com/news-release/2026/01/19/3221052/0/en/Nuclear-Power-Plant-Market-Report-2026-38-77-Bn-Opportunities-Trends-Competitive-Landscape-Strategies-and-Forecasts-2020-2025-2025-2030F-2035F.html
- Global Nuclear Fuel Core Market Growth 2026-2032 – https://www.lpinformationdata.com/reports/1807603/nuclear-fuel-core
- Uranium Enrichment Market Size, Share & Growth Report 2033 – https://www.snsinsider.com/reports/uranium-enrichment-market-8673
- Global MOX Fuel Market Growth 2026-2032 – https://www.lpinformationdata.com/reports/1808109/mox-fuel
- Advanced nuclear energy supply chains – Clean Air Task Force – https://www.catf.us/2025/10/advanced-nuclear-energy-supply-chains/
- Uranium Enrichment Infrastructure Investment – https://discoveryalert.com.au/uranium-enrichment-us-supply-chain-resilience-2026/
- Nuclear Fuel Cycle Overview – World Nuclear Association – https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/introduction/nuclear-fuel-cycle-overview
- Nuclear Fuel Cycle – Department of Energy – https://www.energy.gov/ne/nuclear-fuel-cycle
- Accident tolerant fuel completes full operating lifecycle – World Nuclear News – https://www.world-nuclear-news.org/articles/accident-tolerant-fuel-completes-full-operating-lifecycle
