【知識】鈾礦濃縮技術介紹

純度為3%的U－235為核電站發電用低濃縮鈾，U－235純度大于80%的鈾為高濃縮鈾，其中純度大于90%的稱為武器級高濃縮鈾，主要用于制造核武器。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**后的流程，需要很高的科技水平。獲得1公斤武器級U－235需要200噸鈾礦石。由于涉及核武器問題，鈾濃縮技術是G際社會嚴禁擴散的敏感技術。前蘇聯為了大量生產核武器，在60年代率先完成了離心機的設計制造并且建設了規模宏大的鈾濃縮工廠。到70-80年代，歐洲鈾濃縮公司也完成了自己的離心機。美G由于可以與歐洲共享該技術，因此并未單獨開發鈾濃縮離心機，歐洲鈾濃縮公司在美G建造的大型離心機單機每年可以生產200-600千克濃縮鈾，而歐洲鈾濃縮公司的小型濃縮鈾離心機的產量只有3-30千克/年。

氣勢宏大的前蘇聯鈾濃縮工廠的離心機
除了目前還在實驗室中的幾種新型鈾濃縮方法，曾用于制造核武器的鈾濃縮方法有四種，而用于為商業核電站提供燃料的鈾濃縮方法則只有氣體擴散法和氣體離心法兩種。　
氣體擴散法:使待分離的氣體混合物流入裝有擴散膜（分離膜）的裝置來得到富集和貧化的兩股流的同位素分離方法。基本原理是：在分子間的相互碰撞忽略不計的情況下，氣體混合物中質量不同的氣體分子(例如235UF6和238UF6)的平均熱運動速率與其質量二次方根成反比。當氣體通過擴散膜時，速率大的輕分子(235UF6)通過的幾率比速率小的重分子(238UF6)的大。這樣，通過膜以后，輕分子的含量就會提高，從而達到同位素分離的目的。

氣體擴散法裝置圖
其中，氣體擴散法雖然產能很大，也是冷戰時代幾個強G制造核武器時的**方法，而且第二次世界大戰結束后，美G的實踐證明，氣體擴散法能夠用來大規模生產鈾235。它是目前**成熟的大規模分離鈾同位素的方法，是對各種新的濃縮方法的大規模商業應用的挑戰，是比較各種方法的基本點。美G和法G大型氣體擴散工廠的分離功率達一萬噸/年以上，比能耗均在2400千瓦·時/千克左右。但是其缺點是分離系數小，工廠規模大，耗電量驚人，成本很高。早期由于發電用的低濃度鈾多為核武器生產過程中產生，所以其成本過高的問題可以忽略。但是在今天，商業化的核電站必須考慮降低成本的問題。于是，冷戰期間蘇聯shou先開發的氣體離心法成為了核大G的主要鈾濃縮方法。這種方法耗電只有氣體擴散法的十分之一，也有一些試圖跨過核門檻的第三世界G家采用這一方法。這些G家主要是通過向俄羅斯購買的較早期的離心機或走私關鍵部件來實現鈾濃縮的。
　　氣體離心法：氣體離心分離機是其中的關鍵設備。鈾原料放置于離心機中央反應室內，離心機以7－8萬轉/分鐘的速度旋轉。較重的U－238原子逐漸靠近離心機的邊緣，而較輕的U－235則保留在離心機中心部位。結晶U－235被稱為“富鈾”（濃縮鈾），其余的“貧鈾”則被丟棄。僅靠單個離心機一次分離是遠遠不夠的，必須通過更多離心機加工，才可以分離提純。這些離心機以“級聯配置”聯接一體。因而，“級聯配置”成為核物質用途的又一重要線索。鈾在一級離心機提純后，會轉送到下一級離心機繼續提純，級級相連。由于核電站所需鈾濃縮較低，其離心機級聯層次較少，因而看起來會比較短。而用作核武器的鈾濃度要達到90%以上，其離心機層次更多，級聯配置自然顯得又細又長。