核燃料循环与同位素
从铀矿到乏燃料、再到医用同位素——核能复兴绕不开的转化 / 浓缩 / HALEU / 燃料 / 后处理 / 退役 / 同位素全链卡脖子
核电因 AI 数据中心电力需求、能源安全与『去俄化』被重新捧起,但要让反应堆转起来,真正的瓶颈往往不在铀矿,而在矿之后的每一道加工关。这条链最硬的卡口高度集中:① 铀转化(U3O8→UF6)全球仅约四家厂(Orano/Rosatom/Cameco/美国 Solstice),② 铀浓缩被俄罗斯 Rosatom 一家占约四成、与中核合计逾六成,③ HALEU(先进堆/微堆所需高丰度燃料)西方此前近乎零产能、长期依赖俄罗斯,Centrus 是西方唯一本土化产能;再往中游是与堆型一一绑定、客户黏性极强的燃料组件制造(Westinghouse/Framatome/GNF),往下游则是西方几乎空白的乏燃料后处理与持续增长的退役/核废处置,最后延伸到当下最热也最非共识的医用与工业同位素(放射性药物 theranostics 爆发)。价值沿链沉淀在『供给极难扩张』的环节——HALEU、转化、浓缩与持牌的后端,可直接投资的纯标的稀缺,大量卡位握在国企(Orano/Rosatom/CNNC)与私有龙头(Holtec/Curium)手中。反应堆运营商与公用事业详见姊妹专题『能源/电力产业链』,本页沿上游→下游铺开 9 层,只做卡位与价值捕获的定性梳理,不含任何收益预测(YMYL)。
铀资源与实物铀
核燃料循环的起点:把铀矿采出、加工成铀精矿(U3O8/黄饼)。供给高度集中——哈萨克斯坦一国约占全球初级铀产量四成,叠加去俄化/去哈化的供应链安全诉求与铀价上行周期,矿端叙事很强,但本质是大宗周期、矿商对铀价基本无定价权。⚠️ 主要铀矿商的详尽分布(NexGen/Energy Fuels/中广核矿业等)已在姊妹专题『能源/电力产业链』的核燃料层深度覆盖,本层只保留龙头骨架并注明出处,把增量放在 energy 专题没有的两块:① 实物铀投资载体(SPUT/Yellow Cake/铀矿 ETF)——不碰矿股、直接持有黄饼或一篮子铀链的金融工具;② 一批正在复产/在建的二线生产商,构成去俄化新增供给。价值占比上,矿端是全链最大体量,却是毛利受铀价摆布、护城河最弱的一段。
西方最大铀矿商,并持 Westinghouse 49% 股权,横跨铀矿—转化—燃料—堆型授权(转化卡位另见第 2 层)。
全球最大铀矿商,ISR 低成本开采,以『价值优于产量』策略主导全球供给;伦敦 GDR 可投但国家控股。
全球最大的实物铀持有载体——募资在现货市场买入并长期封存黄饼,不做矿、不做加工,只囤铀。
泽西注册的实物铀投资公司,与 Kazatomprom 签框架承购协议、按年行权买入并持有 U3O8。
纳米比亚 Langer Heinrich 在产铀矿运营商,并经收购 Fission 拿下加拿大 PLS 开发项目。
澳洲 Honeymoon ISR 铀矿在产商,并持美国 Alta Mesa(enCore 运营)30% 权益。
美国怀俄明 Lost Creek + Shirley Basin 两座 ISR 在产/爬坡的纯铀生产商,主打本土供应。
美国本土 ISR 铀矿生产商(德州 Rosita / Alta Mesa 中央处理厂),与 Boss Energy 按 70/30 合资运营 Alta Mesa。
纳米比亚 Tumas 大型砂岩铀矿开发商(待 FID),目标成长为一线低成本铀生产商。
尼日尔 Dasa 高品位铀矿开发商(在建),已签多份铀承购意向。
聚焦全球铀矿商 + 实物铀的纯铀主题 ETF(含 SPUT 等持仓)。
覆盖铀矿 + 核燃料部件公司的宽口径铀主题 ETF(跟踪 Solactive 全球铀与核部件指数)。
铀转化(U3O8 → UF6)
这是核燃料链上最被忽视、却真正卡脖子的一层:把铀精矿转化成六氟化铀(UF6),才能送进离心机做浓缩。全球能做商业铀转化的厂屈指可数——西方商业(merchant)市场基本是 Orano(法)、Rosatom(俄)、Cameco(加)、美国 Solstice/ConverDyn 四家寡头(中国 CNNC 另有万吨级产能但主要自给、不进国际 merchant 市场,故不计入此口径);按 merchant 产能产量(2024 年初)份额约 Orano ~28.7%、Rosatom ~26.5%、Cameco ~18.9%、美国 ~18.3%,四家合计逾九成。供给极度刚性(建/复产转化厂以年计),叠加去俄化把俄产能挤出西方采购,转化服务费(UF6 价格)一度涨得比铀价本身更猛、逼近历史高位。energy 专题仅以一张卡略带,本层是真正展开的咽喉。关键变化:美国转化资产 2025 年随霍尼韦尔分拆并入上市公司 Solstice,令『唯一美国转化商』从私有变为可直接投资。
全球最大铀转化商:法国 Malvési(U3O8→UF4)+ Tricastin 的 Comurhex II(UF4→UF6)两段产线,满产约占全球 UF6 产能四分之一以上。
俄罗斯转化产能持有者(Seversk 等),经子公司 TENEX 对外销售,是全球第二大转化来源。
加拿大唯一商业转化厂 Port Hope(安大略)运营商,西方四大转化寡头中唯一『纯上市可投 + 自有矿源』的整合者。
运营美国唯一商业铀转化厂 Metropolis Works(伊利诺伊),并通过与 General Atomics 的合资 ConverDyn 营销其 UF6,是美国本土 UF6 的唯一商业来源。
中国铀转化产能持有者,已建成约 1 万吨级铀纯化转化中心(兰州等),主要自给中国核电、基本不进国际市场。
美国 ISR 铀矿商,正经子公司 UR&C 筹建美国新转化厂(2026-03 获 NRC 立案),目标做到『矿→转化』垂直一体。
铀浓缩(SWU 分离功)
核燃料链最硬的卡脖子环节之一:把转化后的 UF6 按 U-235 丰度提纯到反应堆所需的低浓铀(LEU,<5%),计量单位是分离功 SWU。这是寡头 + 国家资本主导的高壁垒生意,护城河是气体离心机/激光技术 + 监管许可 + 几十年 know-how。全球产能高度集中:俄罗斯 Rosatom 一家约占 40%、Urenco 约 27%、中核 CNNC 快速扩张(与俄 2024 年合计约 63%)、法国 Orano 约 12%——构成西方公用事业最尖锐的『俄罗斯依赖』。美国 2024 年《禁止进口俄罗斯铀法》(2024-05-13 签署、2024-08-11 生效、豁免最迟 2028-01-01 终止)叠加 DOE 的 HALEU 富集合同(上限约 27 亿美元)与独立的 LEU 采购任务单,正驱动 Urenco/Orano/Centrus 集体扩产。可直接投资的纯浓缩标的极稀缺——几乎只有 Centrus 与激光路线的 Silex。⚠️ 本层深化 energy 专题已浅覆盖的浓缩商,补全 SWU 份额结构、俄产能占比、禁令时间线与扩产承诺。
全球最大铀浓缩商,产能合计超 2,700 万 SWU/年,『俄罗斯依赖』故事的中心。
西方最大商业铀浓缩商(气体离心机),横跨英/德/荷三国 + 美国新墨西哥 Eunice 厂。
美国唯一上市的纯浓缩标的,俄亥俄 Piketon 美国离心机厂,用本土技术重建美国规模化浓缩与 HALEU 能力。
法国核燃料一体化巨头,Tricastin / Georges Besse II 离心机浓缩厂,西方第二大浓缩产能。
中国国家浓缩服务商,自主离心机技术,执行『浓缩自给』国策、产能全球第三且增速最快。
激光浓缩(SILEX)技术开发商,经与 Cameco 合资的 GLE(Silex 51%/Cameco 49%)把激光路线推向商业化,是离心机之外唯一在推进的新浓缩路线。
HALEU 与先进燃料原料
HALEU(高丰度低浓铀,5%-20%)是先进反应堆浪潮最尖锐的瓶颈。关键区分:并非所有 SMR 都要 HALEU——两大主流轻水堆 SMR(NuScale VOYGR、GE Hitachi BWRX-300)仍用与现役大堆同级的标准 LEU(<5%);真正依赖 HALEU 的是先进非轻水堆(钠冷快堆 Natrium、高温气冷堆 Xe-100)与各类微堆(Oklo),DOE 先进堆示范计划资助的设计中约 9/10 依赖 HALEU。要害在于:2022 年前唯一的商业 HALEU 来源是俄罗斯 TENEX,西方本土 HALEU 商业产能此前近乎为零,本土化是真瓶颈。DOE 借 HALEU 可用性计划(富集合同上限合计约 27 亿美元)+ 承购机制扶持 Centrus、Urenco USA、Orano USA、初创 General Matter 四家(及激光路线 GLE)从零拉起 HALEU 产能;另有独立的 LEU(<5%)采购任务单并行扩充标准低浓铀本土产能,两者口径分列、不可混计。Centrus 是整段最纯粹的『瓶颈卡位』标的;需求侧锚点见第 6 层。
美国唯一获 NRC 许可、用本土离心机技术商业化生产 HALEU 的公司(俄亥俄 Piketon),西方 HALEU 本土化的事实独家。
美国 HALEU 本土化的总锚定方:以约 27 亿美元 HALEU 富集合同 + 承购/竞标机制把多家产能从零拉起(LEU 采购任务单另行下达、口径分列)。
在美国 Eunice 厂铺设 HALEU 前置产能:已获 NRC 批准浓缩至 10%,LEU 扩产为 HALEU 供料。
同位素富集公司,经子公司 Quantum Leap Energy(QLE)以激光『量子富集』法切入 HALEU 与 Li-6 先进燃料原料。
核燃料制造 / 燃料组件
把上游浓缩出的 UF6 转成 UO2 芯块、烧结后装管成燃料棒、再束成燃料组件,交付反应堆——这是核燃料循环里技术壁垒与堆型绑定最深的一环(燃料组件须与特定堆型一一适配认证),也是 energy 专题完全未覆盖的核心增量。全球商用压水堆/沸水堆燃料高度寡占于 Westinghouse、Framatome、Global Nuclear Fuel(GNF)、三菱、韩电子公司、俄 TVEL、中核数家手中,客户黏性极强、切换成本高。本层同时纳入面向先进堆的下一代燃料:耐事故燃料(ATF)、金属燃料,以及高温气冷堆/微堆所需的 TRISO 包覆颗粒燃料——后者由 BWXT 在美规模化持牌生产、X-energy 自建 TRISO-X 产线。多数标的为大型集团的核燃料分部或国企,纯燃料制造的可投上市标的稀缺,价值捕获多需经母公司间接敞口;HALEU 原料供给见第 4 层。
美国生产级 TRISO 燃料能力的核心厂商之一 + 海军反应堆燃料/核级制造,先进燃料链的卡口节点。
全球最大压水堆燃料制造商 + 堆型授权方(AP1000/AP300),燃料与堆型双绑定。
经主导的合资 Global Nuclear Fuel 供应全球沸水堆燃料(2025 推出 GNF4 新一代产品),并拉动 BWRX-300 SMR 燃料需求。
法国核燃料与反应堆巨头,供应压水堆燃料组件 + ATF 研发。
自建 TRISO-X 燃料产线,为自家 Xe-100 高温气冷堆及第三方供应 TRISO,垂直一体化燃料 + 堆。
经子公司三菱核燃料供应日本压水堆燃料,日本 PWR 几乎全部由 MHI 总包。
经子公司 KEPCO Nuclear Fuel 供应韩国全部核燃料,绑定韩国核电与出口(APR1400)。
金属燃料技术开发商,瞄准现役轻水堆/CANDU 换装以提升功率与安全裕度。
俄燃料制造垄断方,长期是全球唯一规模化 HALEU 商用来源,VVER 燃料绑定大量在运机组。
中国核燃料循环一体化国企,自有燃料制造覆盖国内庞大在建机组。
先进反应堆与 SMR(燃料 / HALEU 需求侧锚点)
本层是核燃料链的需求侧锚点,只回答一个问题:谁在拉动核燃料(尤其 HALEU 与 TRISO)的需求。反应堆运营商、公用事业与堆型本身详见 energy 专题,本层不复述,只点名『拉动燃料需求的开发商』并刻意精简避免重叠。关键区分两类需求:① 需 HALEU(5%-20%)的先进非轻水堆——钠冷快堆/微堆、高温气冷堆、氟盐冷却堆,是 HALEU/TRISO 增量需求主力,而西方 HALEU 产能尚在爬坡,供需缺口本身就是上中游(Centrus/BWXT)的机会;② 用标准 LEU(<5%)的轻水堆 SMR——燃料供给沿用成熟商用链、不构成 HALEU 增量。注:垂直一体化的 X-energy(Xe-100,自供 TRISO-X)与 GE Vernova(BWRX-300,自家 GNF 供料)已在第 5 层立卡,本层不重复计权。每家强调对燃料链的拉动方向,而非反应堆经济性。
需 HALEU 的钠冷微堆(Aurora)+ 自建乏燃料回收厂,双向拉动 HALEU 需求与后端回收(回收卡位另见第 7 层)。
Natrium 钠冷快堆需大量 HALEU,是 HALEU 需求侧的标志性私有锚点。
氟盐冷却高温堆(KP-FHR)用 TRISO 燃料 + Flibe 熔盐,拉动 TRISO 与 HALEU 需求。
需 HALEU 的便携微堆(ZEUS/ODIN/KRONOS)+ 自建 HALEU 燃料运输/物流平台。
轻水堆 SMR(VOYGR),用标准 LEU 而非 HALEU——拉动成熟商用燃料链而非 HALEU 增量。
轻水堆 SMR(470MWe 三回路 PWR)用 UO2-LEU,拉动成熟压水堆燃料链。
轻水堆 SMR-300 用 LEU,拉动成熟压水堆燃料链;另深耕乏燃料干式贮存/退役(见第 7、8 层)。
乏燃料管理·后处理与回收
反应堆卸出的乏燃料去向,决定整个燃料循环是『开式』(贮存后直接处置)还是『闭式』(后处理回收钚/铀再制 MOX)。商业后处理高度国有化:法国 Orano 的 La Hague 厂独占全球约一半轻水堆乏燃料后处理产能,俄 Rosatom、中 CNNC、日 JNFL(六所村厂仍在最终调试、已多次延期)由国家/电力公司控制;美国自 1977 年起对民用后处理无限期搁置、此后未再商业后处理——结构性卡脖子。与此同时全球乏燃料无最终归宿、在堆外越积越多(仅美国约 8.6 万-9 万吨、堆址逾 70 处且持续增长),催生干式贮存罐与集中中间贮存的刚性需求,该细分龙头 Holtec 为私有。先进闭式循环初创(Oklo/Curio/SHINE/Lightbridge 等)受 2026 年初 DOE 拨款(2026-02 向 Oklo/Curio/SHINE/Flibe/Alpha Nur 五家授约 1,900 万美元回收 R&D)与行政令推动升温,但多处实验/中试阶段且未上市。净效果:可直接投资的纯上市标的稀缺,价值更多沉淀在国企与私有龙头。
法国 La Hague 全球最大商业后处理厂运营方,占全球约一半轻水堆乏燃料后处理产能;兼营 MOX 制造与中间贮存(Orano TN)。
全球干式贮存罐(HI-STORM/HI-STAR)龙头,市占居首;推进新墨西哥 HI-STORE 集中中间贮存(CISF);经 HDI 持有并退役停堆机组。
经 Mayak(RT-1)做商业乏燃料后处理,推进 RT-2 全规模后处理与 MOX/REMIX 闭式循环。
在甘肃金塔建 200 吨/年商业示范后处理厂 + 规划第二条同容量线,推进中国闭式燃料循环。
经全资子公司 NAC International 提供乏燃料贮存/运输罐(MAGNASTOR 等)与中间贮存方案,是乏燃料后端设备的可投代理。
Orano USA 与 Waste Control Specialists 合资,持 NRC 牌照在西得州 Andrews 建集中中间贮存(CISF),分期可达 4 万吨乏燃料。
自研 NuCycle 防扩散一体化乏燃料回收工艺,目标 2027 中试模块;获 DOE 2026-02 SNF 回收拨款之一。
欧洲铅冷快堆 + MOX 闭式燃料循环开发商,主张『用乏燃料/贫化铀做燃料』闭合循环。
深钻孔(deep borehole)乏燃料/高放废物处置方案商,推进通用罐系统与现场验证。
退役与核废处置
机组停堆后的拆解去污 + 放射性废物的处理/运输/处置,是燃料循环的『终章』。驱动力是全球机组老龄化与部分国家提前关停——退役服务市场规模随时间结构性增长,至 2050 年逾 199 座机组进入退役。该层可投上市标的相对丰富:美国 DOE 环境清理是最大单一买方,Hanford、Savannah River 等巨型合同(单项可达数百亿美元、多以联合体 JV 承接)由 Amentum、Fluor、BWXT、AECOM 等上市工程商分食;放射性废物处理/处置侧有 Perma-Fix、Veolia、瑞典 Studsvik 等上市标的,但低放废物处置场由私有 EnergySolutions 把持、稀缺性强。最终地质处置库(芬兰 Onkalo、瑞典 SKB、法国 Andra)为国家实体,仅作背景。整体:工程承包商赚长周期成本加成与里程碑费,处置场牌照=稀缺护城河。⚠️ 西屋电气(经 Cameco 持有)亦做机组退役/拆解,敞口见第 1/5 层的 Cameco。
2024 年由 Jacobs 关键任务业务分拆+合并而成的上市工程承包商,美国 DOE 核清理/Hanford 等大型环境管理合同主力承接方。
全球工程巨头,经 JV 承接 DOE 环境清理:Hanford 储罐处置(H2C)、中部高原清理、Savannah River 运营。
核部件/海军核制造商,环境服务侧领衔 Hanford 储罐处置合同(H2C,BWXT + Amentum + Fluor 合资,约 450 亿美元上限/10 年)。
美国低放废物处置(犹他 Clive 场)+ 放射性物质运输/处理/回收 + 退役全链龙头,几乎所有美国核电厂与 DOE 都用其服务。
工程咨询巨头,领衔 Hanford 中部高原清理(Central Plateau Cleanup)等 DOE 环境项目。
运营多座核废处理设施,为 DOE/国防部/商业核电与医院/科研做放射性及混合废物处理,纯放射性废物处理小盘标的。
经 Veolia Nuclear Solutions(整合 Kurion 等)做核设施去污退役 + 低中放废物处理,覆盖美/法/英/日/加。
瑞典核服务/软件商:燃料与材料检测、燃料与堆芯管理软件(Scandpower)、退役与放射性废物处理方案。
工程咨询巨头;2024 年将关键任务/核政府服务分拆并入 Amentum 后,保留 Amentum 少数股权及部分商业核/工程咨询业务。
美国核电机组退役/拆解承包商(曾主导 Vermont Yankee 退役),私有。
私有工程巨头,历史参与 Hanford 玻璃固化(WTP)等 DOE 核废处置大型工程。
最终地质处置库国家实体:芬兰 Posiva 的 Onkalo 为全球首座、瑞典 SKB 为全球第二、法国 Andra(Cigéo)。
医用与工业同位素
本层是核燃料循环『同位素』端的最下游,把反应堆/加速器产出的放射性核素经生产→纯化→放射性药物制剂→核药房分销,最终送进影像与肿瘤治疗。按用途分四个子群:① 诊断同位素 Mo-99/Tc-99m(核医学影像主力,半衰期短、靠发生器近距分销);② 治疗/诊疗一体同位素 Lu-177/Ac-225/Ra-223(theranostics 放射性药物,当下最热也最非共识的一端,Novartis 的 Pluvicto/Lutathera 放量带动,2023-24 大药企掀起并购潮);③ 工业同位素 Co-60(灭菌/辐照/探伤,刚需稳定);④ 稳定同位素富集进料(Yb-176→Lu-177、Mo-100→Mo-99 等放药上游原料)。核心矛盾是供给瓶颈:Ac-225、Lu-177 产能受反应堆/加速器与放化基础设施限制,需求远快于供给。难点在多数纯生产商私有(Curium/NorthStar/SHINE),可投上市纯标的稀缺,需用 Lantheus、Telix、Eckert & Ziegler、Cardinal、BWXT(医用分部)、ASPI 等做代理;并须分清『生产同位素的』与『用同位素做药的需求方』。
生产同位素 + 做药双栖:全球最大核医学企业之一,Mo-99/Tc-99m 发生器与 PET/SPECT 显像剂的供给枢纽,并自建 Lu-177 等治疗放药管线。
用同位素做药为主、兼具生产:美国 PSMA PET 显像剂龙头(PYLARIFY),并经收购切入 theranostics 治疗放药与放射配体疗法产能。
需求方 + 自建生产:放射性药物 theranostics 的标杆药企(Pluvicto/Lutathera,Lu-177),同时自建全球放射配体疗法产能以保供。
分销枢纽 + 新增生产:运营全美最大核药房网络做放射性药物分销,并自建 Ac-225 产能(Indianapolis 诊疗推进中心)。
用同位素做药的需求方:诊疗一体放射性药物纯玩家,前列腺癌/肾癌/脑瘤显像与治疗放药管线。
生产同位素 + 放药组件:放射性核素与密封/非密封源生产商,供放药同位素、放化原料及医用/工业辐射源。
用同位素做药的需求方:靶向α治疗放药药企,Xofigo(Ra-223)+ 在研 Ac-225 PSMA 管线。
生产/供应工业同位素:经 Nordion 分部供应 Co-60,用于医疗器械/制药灭菌、辐照与癌症放疗源。
生产稳定同位素富集进料:放药上游富集原料供应商(Yb-176→Lu-177、Mo-100→Mo-99 等),属进料端而非放药。
生产同位素:已退出 Mo-99,现聚焦 Ac-225、Cu-67 等治疗同位素的非反应堆法生产。
生产同位素:聚变中子源法已产 Lu-177 等治疗同位素、规划中的 Mo-99 产线,工业探伤兼营,并研发乏燃料回收(见第 7 层)。
需求侧并购信号:2023-24 theranostics 并购潮中被买断的纯放药公司,体现大药企对治疗同位素管线的争夺。
生产同位素(背景):以研究堆供应全球 Mo-99/Tc-99m 的国家级实体,构成诊断同位素的基础供给底盘。