基本介紹
- 中文名：鈾濃縮
- 英文名：Uranium Enrichment
- 套用：核武器、核電站
- 危險性符號：鈾-235
原理,技術要求,製造方法,主要報導,韓國停核,朝美對話,
原理
鈾是存在於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。
鈾濃縮
鈾濃縮技術要求
鈾濃縮是指從天然鈾生產濃縮鈾。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，然後才能將其製成燃料。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%。用於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。鑒於在豐度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。
製造方法
氣體擴散法
氣體擴散法是先把黃餅轉化為六氟化鈾氣體，鈾235分子氣體比鈾238分子氣體質量輕，能夠更快地通過擴散膜，從而達到分離的效果。每通過一次擴散膜，鈾235與鈾238的濃度比略有增加，因此需要設定多級擴散膜，已通過擴散膜的氣體隨後被泵送到下一級，而留在擴散膜中的氣體則返回到較低級進行再循環。要達到核電廠反應堆的使用要求，鈾235的豐度需要1000級以上。製造第一顆核子彈用的核材料就是用這種方法製造出來的。氣體擴散法的缺點是分離係數小，工廠規模大，耗電量和成本很高。氣體擴散技術已迄今64 年，使用此技術的工廠陸續退出歷史舞台。
氣體離心法
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，並輸送到另一台離心機進一步分離。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採用。
氣體動力學分離法
雷射濃縮法
雷射濃縮技術包括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“原子雷射法”和“分子雷射法”。原子雷射法是將金屬鈾蒸發，然後以一定的波長套用雷射束將鈾-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。然後，電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子雷射法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，並首先用紅外線雷射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。然後再利用紫外線雷射器分解這些分子，並分離出鈾-235。該法似乎有可能生產出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產率和複合率仍有待證明。在此應當指出的是，分子雷射法只能用於濃縮六氟化鈾，但不適於“淨化”高燃耗金屬鈽，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬鈽的原子雷射法原則上也能“淨化”高燃耗金屬鈽。因此，分子雷射法比原子雷射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於帶電原子在磁場作圓周運動時其質量不同的離子由於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並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。輕同位素由於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於生產武器級材料。
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於其質量不同，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，二是日本採用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產生類似於搖晃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。
電漿分離法
在該法中，利用離子迴旋共振原理有選擇性地激發鈾-235和鈾-238離子中電漿鈾-235同位素的能量。當電漿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，而其餘的鈾-235電漿貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的電漿實驗計畫的國家只有美國和法國。美國已於1982年放棄了這項開發計畫。法國雖然在1990年前後停止了有關項目，但它目前仍將該項目用於穩定同位素分離。
迄今為止，只有氣體擴散法和氣體離心法達到了商業成熟程度。所有這7項技術均在不同程度上具有擴散敏感性，因為它們都能夠在一項秘密計畫中不惜代價地被用於從天然鈾或低濃鈾生產高濃鈾。但是，由於這些技術的特徵不同，因而將影響到其被探知的可能性。
主要報導
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採取特別防範措施，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，並最大限度減少使用高濃縮鈾。
韓國停核
韓國外交訊息人士稱，正在進行韓美《原子能協定》修正談判的美國向韓國政府提出了將協定有效期從原來的40年修改成“永久有效”的建議。報導稱，美國提出的這一條款，使韓國面臨永久被禁止核再處理和鈾濃縮的“危機”。
首爾交訊息人士2014年2月27日表示，美國針對正進行的韓美《原子能協定》修正問題提出，希望在協定中新寫入“永久有效”的條款。該訊息人士表示，現行條款包含事實上禁止韓國進行鈾濃縮和再處理的條款，在不修改這一條款的情況下，如果新寫入“永久有效”條款，那么以後韓國連討論濃縮和再處理問題都將變得不可能。
在此之前，美國於2013年年10月與越南簽訂的《原子能協定》正文中因為沒有寫入禁止濃縮和再處理的條款，對韓國有失公平，而引起了一番爭議。因此，如果按照美國的要求，在韓美協定中寫入“永久”條款，預計韓國遭遇“雙重標準”的爭議將進一步激化。
1974年生效的韓美《原子能協定》將在2014年3月滿40年，失去效力。兩國已決定將協定效力延長到2016年，正就修正內容進行談判。在過去的9輪談判中，美國始終拒絕韓國希望進行濃縮和再處理的要求。韓國政府相關人士表示“政府正站在與美國互惠的立場上，努力簽訂適合於韓國的協定”。
鈾濃縮