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​什么是浓缩铀 揭秘浓缩铀的提炼方法

来源: 2023-05-27 08:48:00 人气:
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【内容导读】什么是浓缩铀浓缩铀 (Enriched Uranium),指经过同位素提炼后,铀235含量超过90%的铀金属,与其相对的是贫化铀。不论是和平利用核能,还是为制造核武器,浓缩铀都是必要的。 因此,国际原子能机构希望能够控制全球各国所有铀浓缩活动,以防止核武器扩散

什么是浓缩铀

浓缩铀 (Enriched Uranium),指经过同位素提炼后,铀235含量超过90%的铀金属,与其相对的是贫化铀。

不论是和平利用核能,还是为制造核武器,浓缩铀都是必要的。 因此,国际原子能机构希望能够控制全球各国所有铀浓缩活动,以防止核武器扩散。

浓缩铀是什么_浓缩铀的提炼方法有哪些方式_中国历史网

浓缩铀的浓度

浓缩铀根据铀235含量的不同,可以分为高浓缩铀(HEU)(20%以上),低浓缩铀(LEU)(2%-20%)和微浓缩铀(SEU)(0.9%-2%)。铀235含量超过85%则被称为武器级浓缩铀,直接用于制造原子弹。

浓缩铀的提炼方法

现有方法

提纯浓缩铀-235含量的技术比较复杂,因为元素的各种同位素如同“孪生姐妹”,无论在物理性质和化学性质上都十分相似,采用通常的各种物理提纯方法或者化学提纯方法收效都甚微,代价却很高。现今用来提纯铀-235的主要方法有气体扩散法、离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等。

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其中以气体扩散法最成熟,制造第一颗原子弹用的铀核材料就是用这种方法制造出来的。所有这些提纯方法,它们的工艺过程都比较复杂,办厂投资高,运转过程中消耗的能量也高而且产量低,生产出的铀核燃料成本大。因此,科学家一直在找新提纯方法。

激光提纯

激光科学工作者提出用激光进行提纯,或许这种方法能够大大地降低生产铀燃料的成本。

用激光提纯浓缩铀-235的技术路线有两条:一条称为原子法,另一条称为分子法。原子法提纯时用的原料是经过提炼铀矿得到的铀块。先用炉子把这铀块加热到高温,形成铀原子蒸气,在这铀蒸气里面包含有铀元素的同位素铀-234、铀-235、铀-238的原子。

然后用在可见光波段的激光(比如用铜蒸气激光泵浦的染料激光器)照射这铀原子蒸气。调谐激光器的输出波长,让它落在铀-235的原子吸收谱线中心,使它单独获得激发或者电离。其后再使用其他物理方法便可以把铀-235原子从同位素铀混合气体中分离出来。这条技术路线已经比较成熟,达到生产应用阶段。

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分子法使用的原料是铀的分子化合物(比如六氟化铀)。用在中红外波段的激光(比如波长16微米的激光)照射这种化合物,并且选择的激光波长正好是让铀-235的这种化合物的分子获得激发(或电离),再通过前面在原子法中用的物理方法或化学方法把含铀-235的分子化合物从混合中分离出来,再对含铀-235的分子化合物作化学分解反应,便可以获得铀-235。

这条技术路线还未达到生产阶段,不过,从发展的潜力来说,分子法比原子法优越。一方面是因为分子法分离时使用的原料是铀的分子化合物,原料来源比较丰富;其次是在分离的工作过程中不需要加热,而原子法则需要加热到2000多度,使铀原料形成蒸气。高温铀蒸气有很强的腐蚀性。因此分子法的生产设备会比较简单,生产成本也相应较低。

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