基本介紹
提純濃縮錒鈾的方法,
235U是主要的核燃料之一，為易變核燃料核素。但豐度太低，為了獲實用的核燃料必須進行235U的集含235U90%以上的高濃鈾主要用作核武器裝料；含235U90%以下的各種濃縮鈾及天然鈾可用作各類反應堆燃料；含235U0.2%～0.3%的貧化鈾可以用作核武器的反射層材料、鈾合金元素及γ射線的防護層等等。它吸收慢中子後即發生裂變，裂變截面為582.2b，並伴隨大量的能量放出。完全裂變的“熱能當量”約2.202×107KW·h/Kg235U。235U也能為快中子所裂變，但裂變截面遠小於慢中子裂變的數值。
鈾-235是核子彈的主要裝藥。要獲得高加濃度的鈾-235並不是一件輕而易舉的事，這是因為，天然鈾-235的含量很小，大約140個鈾原子中只含有1個鈾-235原子，而其餘139個都是鈾-238原子；尤其是鈾-235和鈾-238是同一種元素的同位素，它們的化學性質幾乎沒有差別，而且它們之間的相對質量差也很小。因此，用普通的化學方法無法將它們分離；採用分離氫元素同位素的方法也無濟於事。
提純濃縮錒鈾的方法
U－235含量的技術比較複雜, 現時用來提純鈾－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。 氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的鈾同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當高壓六氟化鈾氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨後被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235豐度需要1000級以上。
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——所謂貝克爾技術是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經過壓縮高速通過一個噴嘴，然後
穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學分離法為實現濃縮比度所需的級聯雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似於轉筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5%的工業規模的氣體動力學分離廠已運行了近10年，但也由於耗電過大，而在1995年關閉。
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
目前國際上通用的鈾濃縮方法有離心法、氣體擴散法和雷射法，而氣體離心分離機則是提煉濃縮鈾通常採用的氣體離心法的關鍵設備。它是一個龐大的系統，通過每秒2萬轉以上的高速離心機，其他同位素可從天然鈾礦石中分離出去，剩餘的鈾235的濃度可達到95%以上。為了獲得高加濃度的鈾235，早期，科學家們曾用多種方法來攻此難關。最後“氣體擴散法”終於獲得了成功。氣體擴散法所依據的，就是鈾235原子和鈾238原子之間這一微小的質量差異這種方法首先要求將鈾轉變為氣體化合物。到目前為止，六氮化鈾是唯一合適的一種氣體化合物。氣體擴散法投資很高，耗電量很大，雖然如此，這種方法目前仍是實現工業套用的唯一方法。為了尋找更好的鈾同位素分離方法，許多國家做了大量的研究工作，已取得了一定的成績。例如目前離心法已向工業生產過渡，噴嘴法等已處於中間工廠試驗階段，而新興的冠醚化學分離法和雷射分離法等則更有吸引力。
