气体提纯(用什么方法提纯制造核武器的高浓铀？)

Posted 2023-05-30

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气体提纯(用什么方法提纯制造核武器的高浓铀？)

出品：科普中国

作者：岳江锋

策划：宋雅娟

监制：光明网科普事业部

网友提问：用什么方法提纯制造核武器的高浓铀？

专家解答：

在天然铀中，铀-235的丰度仅为0.70%。但是，供核电站轻水堆用的核材料要求铀-235的丰度在3%左右，而供制造核武器用的核装料则要求铀-235的丰度在90%以上。因此需要提高铀-235的丰度，即对铀-235进行浓缩（或称“富集”），进而提炼出制造核武器的“高浓铀”。同位素分离的主要工业生产方法主要有气体扩散法和离心法两种。

①气体扩散法。根据同位素分子通过孔膜扩散速度的不同来分离同位素。它是利用含有大量微孔的分离膜，在一定条件下让气体分子互不碰撞地自由通过这些微孔。由于较轻的分子具有较大的热运动速度，从而使较轻的同位素组分在分离膜后得到一定程度的富集；在未通过分离膜的这股气流（又称“馏分”）中，轻同位素组分丰度下降，即得到一定程度的“贫化”。

气体扩散法装置图（图片来自网络）

②离心法。根据质量不同的气体分子在离心场中的平衡分布不同来分离同位素。它是利用现代高速离心机转子中的离心场比地球重力场强数十万倍这一特性，在强离心力作用下，使同位素混合物中较重的分子趋向于转子侧壁；使中心部分较轻分子的丰度有所增加，产生径向的分离效应。再利用高速离心机转子两端形成一定温差或用机械方法使转子内的气体产生轴向环流。把中心部分的气体带向转子一端，侧壁部分的气体带向另一端，使这种径向分离效应在转子轴向成倍增加，最终使在转子两端的同位素，丰度有明显的差别。

苏联铀浓缩工厂的离心机（图片来自网络）

此外，许多国家还在探索更经济有效的同位素分离方法。较普遍的有激光法，它是利用同位素谱线的位移现象，选择合适的激光束照射所要分离元素的分子或原子蒸气，使其中某一种同位素组分离解或被电离而达到同位素分离的效果。此外，化学交换法的研究也取得了进展。

专家介绍：岳江锋，原中国国防科技信息中心军事刊物主编，毕业于解放军国防科技大学，曾在军中服役20余年，现为某研究所高级工程师、项目总师，获军队科技进步二等奖1项，三等奖3项，在多家网络媒体发表文章百余篇，并创建了“谢武军事”公众号。