濃縮鈾

濃縮鈾

鈾:是存在于自然界中的一種稀有化學元素,具有放射性。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,主要用于製造核武器。

  • 中文名稱
    濃縮鈾
  • 外文名稱
    Enriched uranium
  • 性質
    放射性
  • 製造
    探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉

簡介

濃縮鈾 (Enriched Uranium),指經過同位素提煉後,鈾235含量超過90%的金屬,與其相對的是貧化鈾。

不論是和平利用核能,還是為製造核武器,濃縮鈾都是必要的。 因此,國際原子能機構希望能夠控製全球各國所有鈾濃縮活動,以防止核武器擴散。

濃縮鈾根據鈾235含量的不同,可以分為高濃縮鈾(HEU)(20%以上),低濃縮鈾(LEU)(2%-20%)和微濃縮鈾(SEU)(0.9%-2%)。鈾235含量超過85%則被稱為武器級濃縮鈾,直接用于製造核子彈

基本情況

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,隻有約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、離心法和雷射法等)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,主要用于製造核武器。獲得鈾是非常復雜的系列工藝,要經過探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等流程,而濃縮分離是其中最後的流程,需要很高的科技水準。獲得1公斤武器級鈾235需要200噸鈾礦石。 由于涉及核武器問題,鈾濃縮技術是國際社會嚴禁擴散的敏感技術。除了幾個核大國之外,日本、德國、印度巴基斯坦、阿根廷等國家都掌握了鈾濃縮技術。提煉濃縮鈾通常採用氣體離心法,氣體離心分離機是其中的關鍵設備,因此美國等國家通常把擁有該設備作為判斷一個國家是否進行核武器研究的標準。

現時的核電站使用的是核燃料。鈾有12種同位素(鈾-226~鈾-240)。其中的鈾-234不會發生核裂變,鈾-238在通常情況下也不會發生核裂變,而鈾-235這種同位素原子能夠輕易發生核裂變,或者說,做核燃料的實際上是鈾-235。但是,從礦山裏開採出來的鈾裏面,鈾-235的含量卻又是很低,僅佔0.64%,絕大部分是鈾-238,它佔了99.2%。這就相當于我們的煤餅廠或煉油廠,生產出的煤餅裏大部分是泥沙,當然也就沒法燃燒。根據研究結果,在鈾核燃料中鈾-235的含量要達到3%以上才能燃燒。因此,開採出來的鈾,並不同于開採出來的煤塊直接可以用做燃料,它需要經過提純、濃縮的手續,把鈾-235的含量比例提高之後,方能用做燃料。

提煉技術

現有方法

提純濃縮鈾-235含量的技術比較復雜,因為元素的各種同位素如同"孿生姐妹",無論在物理性質化學性質上都十分相似,採用通常的各種物理提純方法或者化學提純方法收效都甚微,代價卻很高。現今用來提純鈾-235的主要方法有氣體擴散法離子交換法氣體離心法蒸餾法電解法電磁法、電流法等,其中以氣體擴散法最成熟,製造第一顆核子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。所有這些提純方法,它們的工藝過程都比較復雜,辦廠投資高,運轉過程中消耗的能量也高而且產量低,生產出的鈾核燃料成本大。因此,科學家一直在找新提純方法。

雷射提純

雷射科學工作者提出用雷射進行提純,或許這種方法能夠大大地降低生產鈾燃料的成本。

用雷射提純濃縮鈾-235的技術路線有兩條:一條稱為原子法,另一條稱為分子法。原子法提純時用的原料是經過提煉鈾礦得到的鈾塊。先用爐子把這鈾塊加熱到高溫,形成鈾原子蒸氣,在這鈾蒸氣裏面包含有鈾元素的同位素鈾-234、鈾-235、鈾-238的原子。然後用在可見光波段的雷射(比如用銅蒸氣雷射泵浦的染料雷射器)照射這鈾原子蒸氣。調諧雷射器的輸出波長,讓它落在鈾-235的原子吸收譜線中心,使它單獨獲得激發或者電離。其後再使用其他物理方法便可以把鈾-235原子從同位素鈾混合氣體中分離出來。這條技術路線已經比較成熟,達到生產套用階段。

分子法使用的原料是鈾的分子化合物(比如六氟化鈾)。用在中紅外波段的雷射(比如波長16微米的雷射)照射這種化合物,並且選擇的雷射波長正好是讓鈾-235的這種化合物的分子獲得激發(或電離),再通過前面在原子法中用的物理方法或化學方法把含鈾-235的分子化合物從混合中分離出來,再對含鈾-235的分子化合物作化學分解反應,便可以獲得鈾-235。這條技術路線還未達到生產階段,不過,從發展的潛力來說,分子法比原子法優越。一方面是因為分子法分離時使用的原料是鈾的分子化合物,原料來源比較豐富;其次是在分離的工作過程中不需要加熱,而原子法則需要加熱到2000多度,使鈾原料形成蒸氣。高溫鈾蒸氣有很強的腐蝕性。因此分子法的生產設備會比較簡單,生產成本也相應較低。

相關信息

伊朗宣布擬建10座鈾廠生產純度為20%濃縮鈾

據香港大公網報道,伊朗原子能組織主席薩利希表示,伊朗從2010年2月9日開始將在國際原子能機構(IAEA)核查人員的監督下,生產純度為百分之二十的濃縮鈾。薩利希也表示,伊朗若能從海外獲得純度為百分之二十的鈾,則可以終止其國內生 產。伊朗稱,已做好以低濃縮鈾換取高濃縮鈾的準備,但希望能對聯合國草擬的核燃料交換協定進行修改。

伊朗總統艾哈邁迪·內賈德在周日曾要求其原子能組織著手為德黑蘭生產更高級的濃縮鈾。美國國防部長羅伯特·蓋茨對伊朗的回應感到失望。蓋茨在訪問義大利期間的記者招待會上表示:"如果國際社會能同心協力向伊朗政府施壓,我相信,製裁和施壓還有發揮功效的時間。"德國也提高了要求製裁的呼聲。英國也表示,伊朗的新計畫違反聯合國的決議。

伊朗媒體七日晚援引薩利希的聲明說,伊朗計畫在下一個"伊朗紀年"(三月二十一日起),新增十座鈾濃縮工廠。他這番言論有可能令伊朗同西方國家的關系進一步緊張。伊朗曾于2009年十一月宣布,計畫興建十座新的鈾濃縮工廠,以配合其核計畫大規模擴張,但伊朗未有說明相關的時間安排。西方擔心伊朗的核計畫旨在製造核彈,但伊朗否認要這樣做。

推國產防空系統

另外,伊朗官方媒體伊斯蘭共和國通訊社八日援引伊朗空軍一名指揮官說,伊朗即將公布一種本土建造的防空系統。該系統的性能可以與俄羅斯的S-300防空飛彈系統看齊。俄羅斯的國家軍備交易商拒絕表示,向伊朗出售S-300系統的計畫會否繼續進行。S-300系統雖然可以保衛伊朗的核設施不受空襲影響,但向伊朗出售這種系統,是俄羅斯對美國及以色列的關系的一個敏感議題。美、以兩國已積極要求俄羅斯,不要進行這項交易。S-300防空飛彈系統能攔截巡航飛彈和敵機,最大攔截距離為一百五十公裏,攔截速度大于每秒二公裏。

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