核電產(chǎn)業(yè)鏈包括從上游核燃料供應(yīng)到中游核設(shè)備生產(chǎn)制造，最后到下游核電建造及運(yùn)營等。從盈利水平角度來看，核燃料產(chǎn)業(yè)鏈、核島主設(shè)備制造以及核電站運(yùn)營的毛利率較高，相關(guān)企業(yè)將收獲相對更多核電行業(yè)高景氣的紅利。

核燃料循環(huán)是核工業(yè)體系中的重要組成部分之一。核燃料循環(huán)分為前端與后端兩部分，循環(huán)的前端包括鈾礦開采、礦石加工（選礦、浸出、沉淀等多種工序）、鈾的提取、精制、轉(zhuǎn)換、濃縮、元件制造等步驟；后端包括對反應(yīng)堆輻照以后的乏燃料元件進(jìn)行鈾钚分離的后處理以及對放射性廢物處理、貯存和處置。前端包含了從礦物開采到核能燃料發(fā)電全過程，是整個核能工業(yè)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)，對核工業(yè)體系運(yùn)行影響顯著。

核裂變?nèi)剂鲜悄壳爸髁骱巳剂?。鈾是一種化學(xué)元素，是自然界中能夠發(fā)生核裂變反應(yīng)的元素之一，該元素在核能領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。核燃料分為核裂變?nèi)剂虾秃司圩內(nèi)剂希壳昂肆炎兗夹g(shù)較為成熟，核裂變?nèi)剂现饕ㄢ?235、钚-239和鈾-233。鈾-235存在于純天然鈾中，但僅占0.71%，需要進(jìn)行鈾濃縮后使用。

鈾礦的開采是核燃料循環(huán)前端的關(guān)鍵步驟之一，其過程包括勘探、開采、礦石加工等環(huán)節(jié)。20世紀(jì)鈾礦石大多從露天礦坑或地下挖掘場直接進(jìn)行開采，開采后對礦石進(jìn)行粉碎和提煉，以便將鈾與其他元素分離。隨著技術(shù)發(fā)展，目前主要采用原地浸出法，這種方法可直接將鈾從礦床中溶解出來。截止至2020年，全球約有58%的鈾通過原地浸出法開采。2023年，原地浸出法采鈾產(chǎn)量已占中國天然鈾總產(chǎn)量90%以上。

鈾礦轉(zhuǎn)化的目標(biāo)是將U3O8轉(zhuǎn)換為UF6。UF6是目前鈾化合物中唯一易揮發(fā)的化合物，是氣體擴(kuò)散法、超離心法中分離和富集鈾235和鈾238最為適宜的工作介質(zhì)，在原子能工業(yè)中具有非常重要的意義。制備UF6分干濕兩種方法。濕法制備過程中采用氟氣氟化四氟化鈾制備UF6是最主流工業(yè)制備方法，且消耗氟氣最少，干法制備目前僅有美國聯(lián)合化學(xué)公司的麥楚波利斯工廠使用。

鈾濃縮是將鈾-235的含量從天然水平（0.7%）提高至3%~5%的過程。天然鈾中的鈾235與鈾238化學(xué)性質(zhì)基本相同，唯一不同的是質(zhì)量有微弱的差別，所以對鈾235的濃縮就是利用這一微弱質(zhì)量差。早期，鈾濃縮工序采用氣體擴(kuò)散法，通過一系列擴(kuò)散膜來實(shí)現(xiàn)分離，該方法經(jīng)過美國實(shí)踐驗(yàn)證可行。但氣體擴(kuò)散法有著分離系數(shù)小，工廠規(guī)模大，耗電量大，成本高昂等缺點(diǎn)。隨著大部分氣體擴(kuò)散廠達(dá)到其設(shè)計(jì)的使用壽命,氣體離心法進(jìn)新工廠應(yīng)用而生。相比氣體擴(kuò)散法，氣體離心法更節(jié)能。在氣體離心法進(jìn)行鈾濃縮工序中，由于鈾-238較重，它會在離心力作用下被推向外圍，而較輕的鈾-235則保持在中心。

鈾的逆轉(zhuǎn)化是將UF6氣體脫氟轉(zhuǎn)化為UO2固體的過程。目前存在“干”或“濕”兩種方法將UF6轉(zhuǎn)換為UO2。在干法中，六氟化鈾氣體被加熱到蒸汽中，并引入兩級反應(yīng)容器（例如旋轉(zhuǎn)窯），產(chǎn)生固體鈾酰氟化物（UO2F2）粉末，該粉末與在蒸汽中稀釋過的氫氣進(jìn)行反應(yīng)去除氟化物，并在化學(xué)上將鈾還原為純微晶UO2產(chǎn)物。濕法包括將UF6注入水中，形成UO2F2顆粒漿。在此混合物中添加氨或碳酸銨，顆粒漿在混合物中通過過濾、干燥和加熱等步驟得到UO2固體粉末。

燃料組件加工是將處理好的UO2加工為可以進(jìn)行使用的核燃料元件的過程。該流程主要分為芯塊制備、燃料棒制備，組件組裝三道工序。芯塊制備是指通過壓制將完成氟脫離工序后得到的UO2粉末壓緊實(shí)，并采用1750℃的高溫炙烤粉末燒結(jié)形成固體芯塊，最后磨削至光滑規(guī)則狀態(tài)，得到可供使用芯塊；燃料棒制備是指將芯塊放入由耐腐蝕、抗中子吸收材料（通常為鋯合金）制成的包殼管中形成燃料棒，并進(jìn)行焊接以確保密封；組件組裝包括將燃料棒、格架和端塞等組件組裝成燃料元件并對元件的相關(guān)性能進(jìn)行測試。

核電發(fā)電量穩(wěn)步增長及核準(zhǔn)節(jié)奏加快有望帶動鈾礦需求持續(xù)向好。從發(fā)電量來看，2024年4月我國核電發(fā)電量為366億千瓦時，同比+5.9%；從核電裝機(jī)量來看，近年來核電項(xiàng)目開工進(jìn)程加速，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020-2023年核電項(xiàng)目開工量分別為5.38/6.20/6.25/6.20GW，以核準(zhǔn)和開工進(jìn)度來看，2022年下半年核準(zhǔn)機(jī)組及2023年核準(zhǔn)的部分機(jī)組，2024年內(nèi)有望開工，預(yù)測2024年開工機(jī)組有望接近12.02GW。

預(yù)計(jì)2024年天然鈾礦需求將達(dá)6.8萬噸。截至2024年5月，全球在運(yùn)已并網(wǎng)核電裝機(jī)容量達(dá)396GW，美國在運(yùn)已并網(wǎng)核電裝機(jī)量約97GW，預(yù)計(jì)2024年美國天然鈾需求量將達(dá)1.8萬噸，世界排名第一。

預(yù)計(jì)到2040年鈾礦需求將突破10萬噸。在如今多地區(qū)多國政策扶持、技術(shù)發(fā)展迭代速度快、對清潔能源需求高漲背景下，全球鈾礦需求量有望保持高增態(tài)勢，據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2040年鈾礦需求將突破10萬噸，東亞地區(qū)需求有望突破4萬噸。

圖表：高增長情況下鈾礦未來需求預(yù)測（萬噸）

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

天然鈾礦的供給可以分為一次供給和二次供給，預(yù)計(jì)到2040年鈾礦供給將下降。鈾礦這兩種供應(yīng)方式共同構(gòu)成了核能產(chǎn)業(yè)的原料基礎(chǔ)。一次供給指的是直接從自然界開采鈾礦石并提煉出鈾的過程，包括勘探、開采、加工和轉(zhuǎn)化等步驟。對于鈾礦一次供給，根據(jù)世界核協(xié)會預(yù)測，在中性情景下世界鈾礦一次供給產(chǎn)量在2030年預(yù)計(jì)將達(dá)6.64萬噸，2040年下跌至4.81萬噸。在樂觀情景下，世界鈾礦一次供給產(chǎn)量有望在2030年達(dá)7.15萬噸，在2040年回落至4.94萬噸。

澳大利亞是全球已探明鈾礦資源量最大的國家。在全球鈾礦資源分布中，澳大利亞所占比例最大，達(dá)28%。此外，哈薩克斯坦、加拿大、俄羅斯也擁有著數(shù)量可觀的鈾礦資源，中國鈾礦資源量占全球4%。

哈薩克斯坦為全球開采成本最低的國家。參照IAEA統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年全球已查明可開采鈾資源總量（合理確定資源與推斷資源之和）即開采成本低于40美元/kgU的資源總量達(dá)77.6萬tU；開采成本低于80美元/kgU的資源總量達(dá)199.1萬tU；開采成本低于130美元/kgU的資源總量達(dá)607.9萬tU；開采成本低于260美元/kgU的資源總量達(dá)791.8萬tU。其中，哈薩克斯坦開采成本最低，低于40美元/kgU的資源總量達(dá)50.2萬tU，低于80美元/kgU的資源總量達(dá)73.2萬tU。