谈谈生产核反应堆，原子弹所需铀燃料使用的同位素离心分离技术

千姿百态

由自然界得到的金属铀只含有0.73%的核燃料--铀-235。但是绝大多数核反应堆都使用大于自然丰度的铀-235，特别是铀原子弹使用丰度必须大于90%的铀-235。因此就必须采用铀同位素分离技术将金属铀里的铀-238去除，提高铀-235的丰度。现在的分离方法都是对铀的气体化合物进行分离，采用六氟化铀气体。目前较先进的的分离技术就是离心分离法。将六氟化铀气体通入高速旋转的转筒里。由于铀-235和铀-238的气体分子量一个重一个轻，因此受到的离心力不同，离心力大的被甩到半径大的区域多一点，离心力小的分布在半径小的区域就多一些。在不同的半径区域引出气体，同位素的丰度就变化了。得到武器级的铀-235需要的离心机数量很大，按照亚共振转速和超共振转速需要的离心分离机数量不同。亚共振转速慢一些，因此分离系数低，大约在0.0035 左右，意思是说经过一个离心分离机后，铀-235的丰度提高0.0035。将所有的离心机串接起来，经过第一个分离机的铀-235丰度高了一点的气体，再进入第二个离心分离机，就又提高一点，这样经过一级一级串接在一起的分离机，铀-235的丰度就越来越高。由于单独一个分离机分离系数非常小，因此要将丰度从0,73%提高到武器级的90%， 计算一下大约需要上万台。如果使用超共振的离心机，转速快，分离系数大一点，大约在0，004左右，也需要8-9千台，而超共振转速的离心机的技术要求高，加工难度大，电源的要求更高。技术落后，经济实力弱的国家很难搞离心分离。这么多离心机的用电量也很


惊人。我国兰州504厂的离心分离装置类似下面图片，需要刘家峡水电站全部的发电量供电。
上面图片的大量圆柱体并不是高速转动的分离器圆筒，它们是外筒。直接让他们转动人就无法在旁边巡视和维修。每分钟上万转的圆筒在外筒里面高速转动，外筒起到保护作用。但是由于使用的分离筒太多，难免有个比别质量稍差，又难检查出来的筒，如筒体焊接缝有裂隙，夹渣等，加上时间长了发生金属疲劳，因此也会发生里面的转筒在强大离心力的作用下，转筒甩碎的情况。碎片打在外面的保护筒上，发出巨大的轰响。这时候就必须自动关闭通往这个坏分离器的全部输入和输出管道，避免放射性气体跑到车间里。同时打开原来关闭的绕过每个分离器直接将分离气体通往间隔的下一个分离器的管道开关，确保一个坏了，不会停产。这个自动关闭系统看起来很容易设计加工，实际上费了我们国家设计部门好几年的时间攻关，在俄罗斯产品的启发下才搞成。

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