鈾濃縮（高濃度鈾金屬）

鈾濃縮（高濃度鈾金屬）

鈾濃縮 （高濃度鈾金屬） 次瀏覽 | 2022.07.19 13:55:16 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 鈾濃縮高濃度鈾金屬

鈾濃縮（Enriched Uranium），指經過同位素提煉后，鈾-235含量超過90%的鈾金屬，與其相對的是貧化鈾，不論是和平利用核能，還是為制造核武器，鈾濃縮都是必要的材料，因此國際原子能機構希望能夠控制全球各國所有鈾濃縮活動，以防止核武器擴散。

中文名

鈾濃縮

外文名

Enriched Uranium

應用

核武器、核電站

危險性符號

鈾-235

方法

氣體擴散、氣體離心、激光濃縮等

概述鈾濃縮

鈾是存在于自然界中的一種稀有化學元素，具有放射性。在天然礦石中鈾的三種同位素共生，其中鈾-235的含量非常低，只有約0.7%。為滿足核武器和核動力的需求，一些國家建造了鈾濃縮廠，以天然鈾礦作原料，運用同位素分離法（擴散法、離心法和激光法等）使天然鈾的三種同位素分離，以提高鈾-235的豐度，提煉濃縮鈾。

根據國際原子能機構的定義，豐度為3％的鈾-235為核電站發電用低濃縮鈾，鈾-235豐度大于80％的鈾為高濃縮鈾，其中豐度大于90％的稱為武器級高濃縮鈾，主要用于制造核武器。

為了控制全球鈾濃縮活動，防止核武器擴散，2010年4月舉行的世界核安全峰會發表公報強調，各國對高濃縮鈾需要采取特別防范措施，在技術和經濟可行的情況下，鼓勵將使用高濃縮鈾的反應堆轉化為使用低濃縮鈾，并最大限度減少使用高濃縮鈾。

技術要求

若要在某些類型反應堆和武器中使用鈾，就必須對其進行濃縮，這意味著必須提高易裂變鈾-235的濃度，然后才能將其制成燃料。這種同位素的天然濃度是0.7％，而在大多數通用商業核電廠中，持續鏈式反應的濃度通常約為3.5％。用于武器和艦船推進的豐度通常約為93％。但艦船推進可以只需20％或更低的豐度。鑒于在豐度0.7％至2％之間需要與豐度2％至93％之間同樣多的分離功，因此濃縮過程不是線性的。這意味著在能夠隨時獲得商用濃縮鈾的情況下，達到武器級的濃縮工作量可減少到不足一半，而鈾的供料量可減少到20％以下。?

鈾原料經濃縮提取鈾235以后，會產生鈾235含量低于天然鈾的副產品，這種鈾叫做貧鈾。貧鈾除了具有放射性外，還具有高密度、高硬度、高韌性等物理特性，又由于鈾易氧化，穿甲時發熱燃燒，形成較大的破壞作用，因此一些國家制造了貧鈾彈。

處理技術

鈾濃縮氣體擴散法

這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的鈾同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當高壓六氟化鈾氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨后被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235豐度需要1000級以上。

氣體離心法

在這類工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，并輸送到另一臺離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所采用。

氣體動力學分離法

所謂貝克爾技術是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經過壓縮高速通過一個噴嘴，然后穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學分離法為實現濃縮比度所需的級聯雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似于轉筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5％的工業規模的氣體動力學分離廠已運行了近10年，但也由于耗電過大，而在1995年關閉。

激光濃縮法

激光濃縮技術包括3級工藝：激發、電離和分離。有2種技術能夠實現這種濃縮，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是將金屬鈾蒸發，然后以一定的波長應用激光束將鈾-235原子激發到一個特定的激發態或電離態，但不能激發或電離鈾-238原子。然后電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子激光法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，并首先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。鈾-235原子吸收這種光譜，從而導致原子能態的提高。然后再利用紫外線激光器分解這些分子，并分離出鈾-235。該法似乎有可能生產出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產率和復合率仍有待證明。在此應當指出的是，分子激光法只能用于濃縮六氟化鈾，但不適于“凈化”高燃耗金屬钚，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬钚的原子激光法原則上也能“凈化”高燃耗金屬钚。因此分子激光法比原子激光法在防擴散方面會更有利一些。

同位素電磁分離法

同位素電磁分離濃縮工藝是基于帶電原子在磁場作圓周運動時其質量不同的離子由于旋轉半徑不同而被分離的方法。通過形成低能離子的強電流束并使這些低能離子在穿過巨大的電磁體時所產生的磁場來實現同位素電磁分離。輕同位素由于其圓周運動的半徑與重同位素不同而被分離出來。這是在20世紀40年代初期使用的一項老技術。正如伊拉克在20世紀80年代曾嘗試的那樣，該技術與當代電子學結合能夠用于生產武器級材料。

化學分離法

這種濃縮形式開拓了這樣的工藝，即這些同位素離子由于其質量不同，它們將以不同的速率穿過化學“膜”。有2種方法可以實現這種分離：一是由法國開發的溶劑萃取法，二是日本采用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產生類似于搖晃1瓶油水混合液的結果。日本的離子交換工藝則需要使用一種水溶液和一種精細粉狀樹脂來實現樹脂對溶液的緩慢過濾。

等離子體分離法

在該法中，利用離子回旋共振原理有選擇性地激發鈾-235和鈾-238離子中等離子體鈾-235同位素的能量。當等離子體通過一個由密式分隔的平行板組成的收集器時，具有大軌道的鈾-235離子會更多地沉積在平行板上，而其余的鈾-235等離子體貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的等離子體實驗計劃的國家只有美國和法國。美國已于1982年放棄了這項開發計劃。法國雖然在1990年前后停止了有關項目，但它目前仍將該項目用于穩定同位素分離。

意義

2012年12月27日，歷經長期的艱苦攻關,中核集團研制的鈾濃縮離心機在蘭州成功實現工業化應用,這標志著我國具備了核燃料生產的自主化工業能力,完全掌握了離心法鈾濃縮技術,對保障我國核電可持續發展有著重大的戰略意義。鈾濃縮離心機技術是核燃料生產的關鍵技術,是衡量國家核技術水平的重要標志。[1]

相關事件鈾濃縮

伊朗2013年1月30日通知國際原子能機構，計劃在中部納坦茲的鈾濃縮工廠內，使用更先進的離心機來提高鈾的濃度。消息人士說，伊朗要在該鈾濃縮廠內裝備數以千計的高科技機器，這些機器可以比現有的裝備更快地進行鈾濃縮，增速可達兩倍或3倍。 據西方媒體報道，國際原子能機構于1月24日收到了伊朗原子能組織所發信件。信中稱，德黑蘭將在納坦茲的鈾濃縮工廠使用新的IR2m型離心機，但沒有透露新型離心機安裝的時間和數量等相關信息。據報道，伊朗此前一直在努力發展新型離心機，但因為技術原因未能實現大規模生產。此次的IR2m型離心機，比伊朗現有的離心機效率更高，將加快鈾濃縮的速度。 美國白宮發言人杰伊·卡尼1月31日在白宮例行新聞發布會上說，伊朗安裝新型離心機計劃屬于“進一步升級”的對抗之舉，這種繼續違反聯合國安理會和國際原子能機構理事會相關決議的做法，標志著伊朗再次采取“挑釁之舉”，只會導致國際社會進一步對其采取孤立措施。卡尼表示，只要伊朗拒絕在其核計劃問題上履行國際義務，施加壓力的舉動就不會停止，但美方仍然認為目前仍有“時間和空間”通過外交途徑解決伊朗核問題。 俄羅斯則呼吁伊朗凍結濃縮鈾的工作。俄外長拉夫羅夫說，向伊朗方面發出的停止鈾濃縮活動的呼吁會一直持續到談判取得成果為止。俄羅斯已經告知國際原子能機構，將在現場觀察這一切。俄羅斯要同安理會所有成員國一道共同呼吁伊朗在談判期間凍結鈾濃縮活動。 中國外交部發言人洪磊在2月1日的例行記者會上表示，伊朗作為《不擴散核武器條約》締約國，享有和平利用核能的權利，同時也應履行相應的國際義務。中方始終認為，推進對話合作是妥善解決伊朗核問題的唯一正確途徑。 聯合國1月31日回應稱，伊朗此舉有挑釁的意味，并要求伊朗提供詳細信息。 美國和歐盟一直希望通過經濟制裁向伊朗施壓，逼迫其在核問題上讓步，但伊朗一直堅稱，其核項目是出于民用目的。歐盟外交與安全政策高級代表阿什頓1月31日表示，相信新一輪伊核會談將很快開啟。但伊朗外長薩利希稱，會談的時間和地點尚未確定。有分析認為，伊朗在此時宣布使用新型離心機，會加劇西方對其發展核武器的擔心，也將使伊核會談的前景更加撲朔迷離。[2]

參考資料