高濃縮鈾是指鈾235豐度大於80%的鈾為高濃縮鈾。根據國際原子能機構的定義，豐度為3%的鈾235為核電站發電用低濃縮鈾，鈾235豐度大於80%的鈾為高濃縮鈾，其中豐度大於90%的稱為武器級高濃縮鈾。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、電流法以及雷射提純等，其中以氣體擴散法最成熟。
基本介紹
- 中文名：高濃縮鈾
- 外文名：highly enriched uranium
- 定義：鈾235豐度大於80％的鈾
- 獲取方式：鈾礦提純
- 領域：核能
- 學科：核工程、核化學
高濃縮鈾介紹,基本情況,提煉技術,技術路線,相關信息,
高濃縮鈾介紹
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。
獲得鈾是非常複雜的系列工藝，要經過探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等流程，而濃縮分離是其中最後的流程，需要很高的科技水平。獲得1公斤武器級鈾235需要200噸鈾礦石。
由於涉及核武器問題，鈾濃縮技術是國際社會嚴禁擴散的敏感技術。提煉濃縮鈾通常採用氣體離心法，氣體離心分離機是其中的關鍵設備，因此美國等國家通常把擁有該設備作為判斷一個國家是否進行核武器研究的標準。
基本情況
鈾是存在於自然界中的一種稀有化學元素，具有放射性。根據國際原子能機構的定義，豐度為3%的鈾235為核電站發電用低濃縮鈾，鈾235豐度大於80%的鈾為高濃縮鈾，其中豐度大於90%的稱為武器級高濃縮鈾，主要用於製造核武器。獲得鈾是非常複雜的系列工藝，要經過探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等流程，而濃縮分離是其中最後的流程，需要很高的科技水平。獲得1公斤武器級鈾235需要200噸鈾礦石。 由於涉及核武器問題，鈾濃縮技術是國際社會嚴禁擴散的敏感技術。目前除了幾個核大國之外，日本、德國、印度、巴基斯坦、阿根廷等國家都掌握了鈾濃縮技術。提煉濃縮鈾通常採用氣體離心法，氣體離心分離機是其中的關鍵設備，因此美國等國家通常把擁有該設備作為判斷一個國家是否進行核武器研究的標準。
提煉技術
提純濃縮鈾－235含量的技術比較複雜，因為元素的各種同位素，如同“孿生姐妹”，無論在物理性質和化學性質上都十分相似，採用通常的各種物理提純方法或者化學提純方法收效都甚微，代價卻很高。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，製造第一顆核子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。所有這些提純方法，它們的工藝過程都比較複雜，辦廠投資高，運轉過程中消耗的能量也高；而且產量低，生產出的鈾核燃料成本大。因此，科學家一直在找新提純方法。現在，雷射科學工作者提出用雷射進行提純，或許這種方法能夠大大地降低生產鈾燃料的成本。
用雷射提純、濃縮鈾－235的主要依據是雷射有極好的單色性，以及各同位素原子的同位素光譜位移。各個同位素原子核含的中子數目不同，它們的能級發生所謂同位素位移，發射出來的光輻射波長出現差異，當然，相差的數值是十分小的。但是，雷射的單色性很好，能夠做到用和某種同位素原子發射的光輻射波長相同的雷射去激發其中的一種原子，而不會把其他同位素原子一起激發，亦即是說，用雷射可以做到單獨把各種同位素原子中的一種激發到高能態，或者把它的原子電離。被電離的同位素原子再用電場就可以把它從同位素混合物堆中單獨“拉”出來，收集後就可以單獨獲得這種同位素。如果是把這種同位素的原子激發到高能級去的，我們便可以利用在高能級的原子和在基態的原子參加化學反應的活動能力不同，通過化學反應方法把它給分離出來。
用雷射的方法提純濃縮鈾－235，比現有的各種方法都優越，生產設備可以大大簡化，生產成本也可以大大降低。根據科學家的估計，生產投資大約只有氣體擴散法的1/2，生產過程中消耗的能量只有氣體擴散法的1/10左右。所以，世界各國都很重視開發這種鈾核燃料生產技術。美國從1977年就開始研究用雷射提純濃縮鈾燃料，從實驗上證實了這種方法在原理上的可行性。1982年，美國能源部確定，今後使用雷射來生產鈾核燃料。
技術路線
用雷射提純濃縮鈾－235的技術路線有兩條：一條稱為原子法，另一條稱為分子法。原子法提純時用的原料是經過提煉鈾礦得到的鈾塊。先用爐子把這鈾塊加熱到高溫，形成鈾原子蒸氣，在這鈾蒸氣裡面包含有鈾元素的同位素鈾－234、鈾－235、鈾－238的原子。然後用在可見光波段的雷射（比如用銅蒸氣雷射泵浦的染料雷射器）照射這鈾原子蒸氣。調諧雷射器的輸出波長，讓它落在鈾－235的原子吸收譜線中心，使它單獨獲得激發或者電離。其後再使用其他物理方法便可以把鈾－235原子從同位素鈾混合氣體中分離出來。這條技術路線現在已經比較成熟，達到生產套用階段。分子法使用的原料是鈾的分子化合物（比如六氟化鈾）。
用在中紅外波段的雷射（比如波長16微米的雷射）照射這種化合物，並且選擇的雷射波長正好是讓鈾－235的這種化合物的分子獲得激發（或電離），再通過前面在原子法中用的物理方法或化學方法把含鈾－235的分子化合物從混合中分離出來，再對含鈾－235的分子化合物作化學分解反應，便可以獲得鈾－235。這條技術路線現在還未達到生產階段，不過，從發展的潛力來說，分子法比原子法優越。一方面是因為分子法分離時使用的原料是鈾的分子化合物，原料來源比較豐富；其次是在分離的工作過程中不需要加熱，而原子法則需要加熱到2000多度，使鈾原料形成蒸氣。高溫鈾蒸氣有很強的腐蝕性。因此分子法的生產設備會比較簡單，生產成本也相應較低。
相關信息
伊朗
家應該為雙方未能達成核燃料交換協定負責，但伊朗仍願意就這一議題與西方國家合作。這番表態公開後，美國呼籲國際社會對伊朗實施制裁。內賈德當天在伊朗雷射技術成就展覽會上發表講話說，儘管伊朗有能力自行生產純度為20%的濃縮鈾，但依然與美國等西方國家就交換濃縮鈾展開磋商。“我說過，給西方國家兩三個月時間考慮，假如他們不同意，我們就自行生產。”內賈德說。他隨後命令坐在一旁的伊朗原子能組織主席薩利希著手生產濃度為 20%濃縮鈾的工作。
國際原子能機構去年提出一份草案，提議伊朗把國內大部分低濃度濃縮鈾一次性運往俄羅斯提純，再由法國加工成伊朗研究用核反應堆所需核燃料棒。伊朗一直反對這一提議，而在此前數日，內賈德宣布同意將低純度濃縮鈾運往國外加工。但是內賈德所展示的靈活性並沒有得到西方國家認同。在6日的慕尼黑安全政策會議上，美國和歐盟官員繼續就核燃料交換問題向伊朗施壓。美國總統國家安全事務助理詹姆斯·瓊斯說，伊朗謎一般的挑釁態度令西方不得不考慮進一步施加壓力。美國國防部長蓋茨7日晚些時候說，現在對伊朗實施制裁仍然不晚。分析人士認為，在目前局勢敏感之際，伊朗採用了軟硬兼施的兩手策略與西方國家周旋，在伊核問題上，貓捉老鼠的遊戲還將繼續演下去。
日本返美大量高濃縮鈾
2008年12月27日報導，美國政府自1996年起至今年夏季，累計從日本運回近600公斤高濃縮鈾，以防止這些足以製造20枚核飛彈的核原料遭恐怖分子利用。日本原子能研究開發機構官員說，日本在冷戰時期從美國進口高濃縮鈾，眼下已返還其中大部分，今後數年還將繼續返還。
密進密出
根據共同社這一獨家報導，日本從美國進口高濃縮鈾、用過後返還一事先前僅為部分人所知。美日雙方27日首次公開返還的高濃縮鈾數量及其他相關細節。美國能源部國家核安全管理局一名高官和數名日本專家告訴共同社，美國政府12年來把5座日本核研究反應堆的高濃縮鈾運回美國,截至今年夏季總計運返579.7公斤。這5座核反應堆中，4座位於日本首都東京以北的茨城縣，由日本原子能研究開發機構使用；1座位於大阪市郊區，由日本京都大學反應堆研究所使用。國家核安全管理局助理局長幫辦安德魯·比尼亞夫斯基說，這項返鈾行動由國家核安全管理局發起。出於安全考慮，行動細節十餘年來保密。冷戰時期，美國向日本出口高濃縮鈾及相關技術。日本外務省22日解密的檔案顯示，時任日本首相佐藤榮作1965年要求美國提供“核保護傘”，得到時任美國總統林登·詹森明確承諾。
預防核恐
作為日本主要核研究機構，日本原子能研究開發機構自上世紀60年代至90年代中期，使用豐度90%至93%的鈾235當核反應堆燃料。京都大學反應堆研究所自1964年至2006年2月，使用豐度為93%的鈾235當核反應堆燃料。比尼亞夫斯基負責美國政府核不擴散項目“全球減少威脅計畫”。他說，美國政府在冷戰結束後擔心核原料遭恐怖分子利用，著手收回出口到其他國家的研究用高濃縮鈾。返鈾行動自1996年起正式實施，美國從日本收回使用過的高濃縮鈾，送到愛達荷州國家實驗室等美國核研究機構設施內保存。喬治·W·布希任總統後，美國政府視核恐怖攻擊為後冷戰時代面臨的最嚴重威脅之一。一些專家認為，鑒於用於和平目的的核原料也可能用於發展核武器，後冷戰時代堪稱“第二紀核能時代”。返鈾行動由此提速。比尼亞夫斯基說，日本原子能研究開發機構迄今已返還美國523公斤使用過的高濃縮鈾，完成95%的返還量。
