近日，中核集团核理化院/公司通过自主研发首次获得公斤级丰度99%钼-100同位素，这是我国首次实现钼同位素关键材料自主化供应的重大突破，改变了长期以来钼同位素完全依赖进口的局面，标志着我国在高丰度稳定同位素研究领域达到了世界领先水平，成为世界上极少数可以批量获得钼同位素的国家。

这一成果的取得，不仅有助于降低我国在相关领域的成本，提高自主创新能力，还将为我国核科学研究、核电工程、航空航天等领域的发展提供有力支持。同时，这也将有助于提升我国在国际上的地位和影响力，为我国的科技强国战略注入新的活力。

钼合金可能会在未来成为核电站防护装置的主要材料

核燃料与人类使用的其他类型的燃料有着根本上的区别，因为其应用极其危险和复杂。它被用在核反应堆中，形式为几厘米大小的二氧化铀芯块，被放置在密封的燃料元件内。

对元件包壳有特殊的要求：它们必须具有良好的耐腐蚀性、耐侵蚀性和耐热性，还不影响反应堆中子吸收的特性。

目前，俄罗斯大部分商业核电站壳体的主要材料是锆合金。这是由于它们在水中具有良好的耐腐蚀性和热中子低俘获截面（指的是说明基本粒子（中子）与原子核相互作用可能性的材料性能）。俘获截面越低，中子影响材料性能的可能性就越小。

然而，事实证明，锆合金也有明显的缺点。特别是，这种合金与水积极反应并产生热量，产生氢气并加速燃料棒涂层的降解。这是由于在高于700℃的温度下进行蒸汽锆反应的结果，这在水冷式核电站发生事故时是非常危险的。正是这一因素被宣布为日本"福岛"核电站爆炸的主要原因。

因此，科学家们一直在讨论用难熔金属钼代替锆合金的可能性。与锆一样，它具有良好的耐腐蚀性，同时具有比锆更高的导热性。

然而，使用钼也伴随着一定的困难。比如，这需要增加浓缩铀的程度，导致过程成本显著增加。

这个问题可以通过改变气体离心机级联中钼同位素的天然组成来解决，即除去其他7个同位素，只留下一个最重的同位素（Mo-100），它的中子俘获截面实际上与锆俘获截面一致。

利用同位素离心分离技术，还可以对钼同位素混合物进行改性，使其在合成体中的俘获截面接近甚至小于锆的截面。

俄科学家使用钼金属发明新式核燃料护套

俄罗斯国家核研究大学(MEPhI)的研究人员进行了一项关于核燃料保护套的研究，他们使用钼金属(Mo)的同位素替代现有的锆合金的核燃料护套，以提高核能的安全性，避免福岛事故再次上演。

据报道，现在的核能原理中，铀燃料束是安装在锆合金护套内，锆合金具有很高的耐腐蚀性，最重要的是锆几乎不会和中子反应，所以是极好的核燃枓棒护套。

但在极端情况下，若反应炉缺水，锆与700度以上的高温水蒸气，会产生氢化作用，被称为锆水反应，这将会导致燃料外壳的劣化，造成反应炉熔毁，以及氢气爆炸，这就是2011年日本福岛核电厂事故所发生的现象。

世界各地的核物理学家长期以来一直在讨论用什么样的材料可以替代锆合金，这是个相当困难的选择，它必须要拥有锆合金的全部优点，也就是与锆一样具高耐腐蚀性、较高的导热性、很小的中子截面积，而且它最终工艺成本还不能比锆合金昂贵，否则就没有意义。

如今俄罗斯科学团队相信他们可能找到了合适的替代材料，就是钼的同位素， MEPHI分子物理系教授瓦伦丁.伯萨维奇(Valentin Borisevich)说，他们是利用原本来拿来分离铀燃料的气体分离器，拿来改造成分离钼的同位素，最终取得了中子截面比锆还要小，其他的特性也与锆差不多的好材料。

钼是一种银灰色过渡金属，与锆为同一族类，自然也有类似的特性：耐腐蚀、耐高温，它的熔点比锆还要更高，达到2896 K，是金属界里排名第6耐高温的，而且它也很容易与其他金属合成坚硬的合金。钼的同位素颇多，达到41等，但具体未知是哪一种钼同位素适合当核燃料护套材料，未来若这项技术得到进一步的确定并且被广泛使用，将可大幅提升现有核电厂的安全性。

总结

在现有的核电站中，铀燃料棒是安装在锆合金保护外壳内的。锆合金具有很高的耐腐蚀性，而且锆几乎不会和中子反应，所以是极好的核燃料棒保护外壳。

但是，在极端情况下，比如由于地震和海啸导致应急冷却系统出现故障时，核反应堆内冷却水的水平面会一直下降，使铀燃料棒处于裸露状态，那么冷却不足会使高温的锆合金外壳与高温水蒸气产生氢化作用(即锆水反应)，这会导致反应炉熔毁以及氢气爆炸——2011年的日本福岛核电站事故就是这样发生的。

如果想要避免类似的事故，办法之一就是寻找一种比锆合金更优秀的核燃料棒保护外壳，而在众多金属材料中，只有钼同时满足比锆更耐腐蚀、更耐热、有更高的导热性以及更小的中子截面积(意味着不与中子反应)的条件，因而特制的钼合金很可能会在未来成为核电站防护装置的主要材料。此次获得公斤级钼同位素，标志着我国在高丰度稳定同位素研究领域达到了世界领先水平，未来可大幅提升核燃料组件的安全性能，为核电事业安全绿色发展提供保障。

文章来源： 中核集团，光明网 ，小鱼大鱼看世界