什么是浓缩铀

Posted 2023-06-02

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什么是浓缩铀

什么是浓缩铀

浓缩铀（Enriched Uranium），指经过同位素提炼后，铀235含量超过90%的铀金属，与其相对的是贫化铀。

不论是和平利用核能，还是为制造核武器，浓缩铀都是必要的。因此，国际原子能机构希望能够控制全球各国所有铀浓缩活动，以防止核武器扩散。

浓缩铀的浓度

浓缩铀根据铀235含量的不同，可以分为高浓缩铀（HEU）（20%以上），低浓缩铀（LEU）（2%-20%）和微浓缩铀（SEU）（0.9%-2%）。铀235含量超过85%则被称为武器级浓缩铀，直接用于制造原子弹。

浓缩铀的提炼方法

现有方法

提纯浓缩铀－235含量的技术比较复杂，因为元素的各种同位素如同“孪生姐妹”，无论在物理性质和化学性质上都十分相似，采用通常的各种物理提纯方法或者化学提纯方法收效都甚微，代价却很高。现今用来提纯铀－235的主要方法有气体扩散法、离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等。

其中以气体扩散法最成熟，制造第一颗原子弹用的铀核材料就是用这种方法制造出来的。所有这些提纯方法，它们的工艺过程都比较复杂，办厂投资高，运转过程中消耗的能量也高而且产量低，生产出的铀核燃料成本大。因此，科学家一直在找新提纯方法。

激光提纯

激光科学工作者提出用激光进行提纯，或许这种方法能够大大地降低生产铀燃料的成本。

用激光提纯浓缩铀－235的技术路线有两条：一条称为原子法，另一条称为分子法。原子法提纯时用的原料是经过提炼铀矿得到的铀块。先用炉子把这铀块加热到高温，形成铀原子蒸气，在这铀蒸气里面包含有铀元素的同位素铀－234、铀－235、铀－238的原子。

然后用在可见光波段的激光（比如用铜蒸气激光泵浦的染料激光器）照射这铀原子蒸气。调谐激光器的输出波长，让它落在铀－235的原子吸收谱线中心，使它单独获得激发或者电离。其后再使用其他物理方法便可以把铀－235原子从同位素铀混合气体中分离出来。这条技术路线已经比较成熟，达到生产应用阶段。

分子法使用的原料是铀的分子化合物（比如六氟化铀）。用在中红外波段的激光（比如波长16微米的激光）照射这种化合物，并且选择的激光波长正好是让铀－235的这种化合物的分子获得激发（或电离），再通过前面在原子法中用的物理方法或化学方法把含铀－235的分子化合物从混合中分离出来，再对含铀－235的分子化合物作化学分解反应，便可以获得铀－235。

这条技术路线还未达到生产阶段，不过，从发展的潜力来说，分子法比原子法优越。一方面是因为分子法分离时使用的原料是铀的分子化合物，原料来源比较丰富；其次是在分离的工作过程中不需要加热，而原子法则需要加热到2000多度，使铀原料形成蒸气。高温铀蒸气有很强的腐蚀性。因此分子法的生产设备会比较简单，生产成本也相应较低。