工程師們正在重新設計幾乎所有世界核反應堆中使用的鈾燃料，以減少氫氣爆炸的可能性和事故期間的輻射釋放——這正是 2011 年日本福島第一核電站發生的情況。 仍在完善中的新型燃料已經過測試。
在反應堆堆芯中，鈾原子裂變，釋放出中子和熱量。 反應堆內部和周圍的系統防止堆芯過熱。 改進燃料，使其在高熱下不易熔化或破裂，並且不太可能產生氫氣，可以降低事故期間放射性物質釋放的風險。 同樣的改進可以使發電廠執行更有效率，發電更具競爭力。
在美國執行的所有 98 座動力反應堆，無論其設計如何，都使用壓制成圓柱形陶瓷顆粒的鈾燃料，每個顆粒都像一塊大的鉛筆橡皮擦那麼大。 這些顆粒堆疊在由鋯合金製成的長燃料棒內，燃料棒浸沒在水中。 在裂變過程中，從燃料顆粒釋放的中子很容易穿過鋯並進入其他燃料棒，在那裡它們維持產生熱量的鏈式反應。 熱量將水變成蒸汽，從而產生電力。
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圖片來源：José Miguel Mayo
長期以來，鋯一直被用於製造燃料棒，正是因為它對中子具有如此高的滲透性。 此前的想法是，鈾的勘探、開採、加工和濃縮（提高能夠產生鏈式反應的原子核的比例）將是複雜且昂貴的。 安排反應堆堆芯以最佳化能量輸出的科學也還很年輕。 中子似乎太珍貴而不能損失。 但正如福島事故在現場直播中證明的那樣，如果鋯過熱，它會與水（或蒸汽）反應生成可能發生爆炸的氫氣。
如今，反應堆的設計和執行更加精細，鈾已被證明儲量豐富且易於濃縮，因此電廠運營商可以承受犧牲少量中子。 因此，科學家和工程師們現在正在完善替代設計，以最大限度地減少氫氣的產生並承受更高的熱量。
在福島事故的刺激下，製造商與美國能源部合作，正在迅速推進四種所謂的事故容錯燃料，每種燃料都採用明顯不同的方法。 因為所有這些燃料都可以在幾乎不需要修改反應堆硬體的情況下更換到現有反應堆中，所以它們可以在 2020 年代逐步引入現有裝置。
已經生產行業大部分燃料的三家競爭公司——法馬通、通用日立核能和西屋電氣公司——已經開始在現有反應堆中測試少量燃料。 這些設計背後的想法是透過塗覆鋯、更換鋯或完全改變燃料顆粒成分來降低鋯反應問題的可能性。
第四種概念來自美國市場新進入者 Lightbridge 公司，它將鈾和鋯結合成一種反應性較低的合金，形狀像甘草棒，這種結構可以更好地傳遞熱量。 鈾的濃縮度必須高於目前允許的水平，因此美國法規必須進行修改。
幾十年來，公用事業所有者很難獲得任何型別新燃料的監管批准，但他們正在再次嘗試，他們意識到有必要與廉價的天然氣以及日益豐富的太陽能和風能競爭。 美國所有者正在從廣泛的核研究和開發基礎設施（特別是國家實驗室）獲得設計和製造方面的幫助。 然而，這項工作正迅速走向全球。 2018 年 7 月，來自美國和歐盟的科學家在愛達荷國家實驗室舉行了一次研討會，討論如何最好地彙集兩大洲的研究成果。 經濟合作與發展組織正在制定新的燃料測試框架。 如果事故容錯燃料表現良好，核電可能會在日本重新獲得發展勢頭，在日本，關於重啟該國多少反應堆仍在繼續爭論。
當然，必須清除重大障礙。 在新燃料準備好商業使用之前，必須在正常執行和事故條件下進行大量的小燃料數量的堆內測試和計算機效能建模。 行業懷疑論者必須確信新材料將按承諾發揮作用。 更先進的建模技術正在上線以幫助這項工作。 美國能源部位於田納西州橡樹嶺國家實驗室的輕水反應堆高階模擬聯盟的模擬技術可以顯著加快基礎研究、工程開發和商業化。
如果試驗資料具有說服力，美國的燃料供應鏈（從製造車間到反應堆再裝料車間）將不得不進行改造，工廠流程和程式也必須進行調整。 監管機構將不得不批准每一步。
重新思考燃料可能只是更大變革的開始。 科學家和工程師正在設計高溫氣冷反應堆，該反應堆將使用包裹在奇異塗層中的鈾顆粒； 類似泡泡糖的顆粒本身將控制核反應，而不是通常插入燃料棒之間的控制棒。 熔鹽反應堆也在進行中，其中燃料和反應堆冷卻劑可以結合在一起，從而實現簡單的機制來防止過熱。
天然氣、太陽能和風能行業在短短幾年內發生了巨大變化。 核能行業也可能準備好重塑自我。
*編者注（7/4/19）：此句子在釋出後經過編輯，以澄清燃料棒包含在六角形結構內。