核能源危机呼唤离心机技术创新

2018-07-12 17:40:36 点击量：

前情提要：中核集团日前在兰州铀浓缩基地宣布，经过多年研制，我国核工业关键技术——铀浓缩技术完全实现自主化，并跻身国际先进水平行列。这标志着我国成为继俄罗斯等少数国家之后，自主掌握铀浓缩技术并成功实现工业化应用的国家。

铀离心机工作原理

铀黄饼

    伴随着这一重磅消息产生的是对离心机制造技术更加严格的要求。

    这是因为，铀浓缩是在天然铀中提高铀-235含量的工艺过程，天然铀中，铀-235的含量只有0.7%，其余皆为铀-238。但是，大部分核电站需使用低浓铀燃料，其中铀-235的含量约为2%―5%。这种供需差距是对我国铀浓缩技术的一大考验。

    铀235和铀238是同位素，他们的原子中质子数，电子数一致，只有中子数不同。他们的化学性质完全一样，用常规的化学方法无法分离，分离均采用一些物理方法。

    在适用于提高铀-235浓度的技术中，有几项技术特别重要：

    气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。

    气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。

    迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。这些项技术均在不同程度上具有扩散敏感性，曾有报道称伊朗将在“铀浓缩工厂安装新一代离心机”的报道，这也说明了先进的离心机技术对铀浓缩和核工业发展至关重要。

    我国相关技术工程师曾试验过各种铀浓缩方法，相比已经被淘汰的电磁法、热扩散法、气体扩散法，激光法尚在实验室阶段，目前铀浓缩主要采用气体离心法。铀浓缩离心机技术利用高速旋转离心机中很强的离心力场，来实现铀-235和铀-238的分离。该技术所需的耗电量约相当于扩散法的1/25，综合成本约减少一半。因此，离心机工业化是一项要求非常高、技术难度很大的多学科高精尖技术。

    过去，国内离心机技术不达标，国际上视相关技术为核心机密，这给我国铀浓缩自主化及核电站建设造成极大障碍。

    通过刻苦攻关，我国已形成的离心机制造装备能力，完全可以保障和满足后续核电发展需要。当然，更先进、更经济的离心机研制仍然在进行中。