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，對核工業(yè)體系運行影響顯著。

核裂變?nèi)剂鲜悄壳爸髁骱巳剂稀ｂ櫴且环N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世紀鈾礦石大多從露天礦坑或地下挖掘場直接進行開采，開采后對礦石進行粉碎和提煉，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散法，通過一系列擴散膜來實現(xiàn)分離，該方法經(jīng)過美國實踐驗證可行。但氣體擴散法有著分離系數(shù)小，工廠規(guī)模大，耗電量大，成本高昂等缺點。隨著大部分氣體擴散廠達到其設(shè)計的使用壽命,氣體離心法進新工廠應(yīng)用而生。相比氣體擴散法，氣體離心法更節(jié)能。在氣體離心法進行鈾濃縮工序中，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，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)性能進行測試。

核電發(fā)電量穩(wěn)步增長及核準節(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%；從核電裝機量來看，近年來核電項目開工進程加速，據(jù)統(tǒng)計，2020-2023年核電項目開工量分別為5.38/6.20/6.25/6.20GW，以核準和開工進度來看，2022年下半年核準機組及2023年核準的部分機組，2024年內(nèi)有望開工，預(yù)測2024年開工機組有望接近12.02GW。

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

預(yù)計到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)計將達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77.6萬tU；開采成本低于80美元/kgU的資源總量達199.1萬tU；開采成本低于130美元/kgU的資源總量達607.9萬tU；開采成本低于260美元/kgU的資源總量達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50.2萬tU，低于80美元/kgU的資源總量達73.2萬tU。