| 单词 | 铀同位素分离 |
| 释义 | 【铀同位素分离】 拼译：uranium isotope separation 天然铀元素含238U、235U和234U3种同位素，其中有99．274%(原子)的238U，0．7205%(原子)的235U和0．0056%(原子)的234U，最重要的是235U，它是天然存在的可裂变核素。235U丰度高于天然丰度的铀称为浓缩轴。铀同位素分离的目的就是提高铀中235U的丰度以满足各种需要。 丰度为1．5%至4%的浓缩铀可用于天然水冷却的压水堆燃料；更高丰度的浓缩铀用于各种核反应堆；浓缩到90%以上的235U可用作核武器。因此浓缩铀涉及到军事机密，受到各国政府重视，在政治上十分敏感，经济上竞争激烈。生产出廉价的反应堆级浓缩铀是一个国家政治地位和经济技术实力的重要标志。此外，238U用于快中子反应堆。大规模浓缩铀开始于20世纪40年代初的美国曼哈顿工程计划(Manhattan Project)，在极保密的情况下曾研究过多种浓缩铀方法。1944年世界上第1次千克量级的235U在美国橡树岭(Oak Ridge)制成，首先由热扩散法把235U丰度浓缩到0．86%，再由电磁法浓缩到武器级丰度。1946年后，气体扩散法占统治地位，至今，世界上大部分浓缩铀仍由该法生产。但气体扩散法有很大缺点，主要是耗电量大，从而运行费用大；建造工厂的一次性投资也大，因而各国正在研究更经济的方法。气体离心法在曼哈顿工程计划时已开始研制，但当时的离心机结构复杂，单级生产能力低。直到Zippe型离心机研制成功后才有了很大的突破。离心工厂耗电量小，正好克服了气体扩散法的缺点。70年代，离心法已进入工业化阶段。成为第2代工业浓缩铀方法。目前已掌握浓缩铀技术的国家有：美、法、英、中、德、荷兰、日本、南非及俄罗斯等国家，其中美、法、西欧3国(英、荷、德国)和俄罗斯的生产能力最大，世界浓缩铀市场就由这些国家控制着。工业化生产浓缩铀的方法除气体扩散法和气体离心法外，少量浓缩铀由Helikon技术(南非的UCOR法)和喷咀法(德、巴西)生产。当今世界浓缩铀市场是供过于求，美国和法国都减产运行。估计到2000年，世界浓缩铀需要量仅为生产能力的一半，技术上和市场上的竞争不可避免，很多关键技术仍处于保密中，不能从公开的文献中得到。最重要的铀浓缩方法除气体扩散法、气体离心法外，还有原子激光法等。1．气体扩散法。其原理是基于分子泻流现象。根据气体分子运动论，在同温度下，气体混合物的各种分子都具有相同的平均动能，分子的平均速度和分子质量的平方根成反比。即分子质量越轻，其速度就越大。当气体分子通过一个多孔膜时，在透过膜的那一边就浓缩了235U。这个多孔膜称分离膜。分离过程就发生在气体通过分离膜的过程中。通常要求分离膜上有足够多的小孔，其孔径约100～150×10－i0m；要有承受压差的机械强度；耐工作介质UF6的腐蚀；价格便宜；并能大规模生产。一个分离级，除了装有分离膜的分离器外，还有压缩机，冷却器，调节器等部件组成。一个工厂大约要数千级，几种型号的级组成级联。2．气体离心法。是把UF6气体装入一个直圆筒形的转子中，转子由高强度密度比材料制成，围绕其轴作高速旋转。这时转子内装的UF6气体可以遭受到比重力加速度大几千倍的离心加速度，转子壁处的气体压力比中心处可以高到几百万倍，致使壁处的重同位素丰度明显地高于中心处的丰度，在中心处轻同位素235UF6得到浓缩。转子内除有径向分离作用外，在轴向还使造成一个合适的轴向环流，这样就大大地提高了分离效应。转子在真空中旋转，在机械方面要求很高，使得离心机的耗电量很小。离心分离工厂规模大小比较灵活，也是一个优点。离心法的缺点是单台分离能力小，一个工厂要有数以万计的离心机。要求离心机寿命很长，因此技术要求很高。3．激光法。分离同位素是根据同位素粒子(原子或分子)在吸收光谱上的微小差别，应用单色性极好的激光有选择地将某一种同位素粒子激发到某一特定的激发态，再用物理的或化学的方法将激发的同位素粒子与未激发的其他同位素分开。激光法又分原子法和分子法，特别是原子激光法发展很快，已进入工业化论证阶段。原子激光装置分激光器系统和分离器系统两部分。用电子枪加热金属铀，产生高温的铀蒸汽原子束，再用铜蒸汽激光器泵浦染料激光器辐照铀蒸汽原子束，使之产生235U原子的三步选择性光激发和电离，生成铀－235离子，同时用电磁场偏转冷凝于侧面的收集板上，而未被电离的铀－238原子将直接向上打在顶部的贫料收集板上，冷凝后被取出，从而实现分离。分离铀同位素的分子法是利用UF6分子被红外激光选择性的激发，然后利用激发态235UF6反应速率的增大或电离能的减小，使之产生固相235UF4，再将固态UF4和气态UF6分开，从而实现分离。激光法单级分离系数高、比能耗低，具有开发潜力。4．化学法。法国用三价(水相)和四价(有机相)铀化合物的化学交换法，日本用四价和六价铀离子交换法都已成功地获得了3%的反应堆级浓缩铀，所需成本比扩散法要低，但这两种方法都不能生产高浓缩轴，从而限制了其发展。5．空气动力学法。比较成功的有德国开发的喷咀法和南非开发的UCOR法，南非用UCOR法开发一种称为Helikon的级联技术。这两种方法都已用于工业生产浓缩铀，估计其成本较高。6．各种等离子体法。从原理上讲都有很高的分离系数。目前都处于原理性研究阶段。其中发展最快的是离子回旋共振法，具有潜在的开发能力，美、法、日等国都在研究。从目前的技术看，人们期望原子激光法能在21世纪初提供廉价的浓缩铀，与此同时，其他方法也在加紧研究。【参考文献】：1 Benedict M，et al．Nuclear Chemical Engineering(2nd Ed)，New York：McGraw-Hill，1981，9072 Grant W L，et al．ALCHE Symp．Ser．169，1977，73∶203 Becker E W，et al．Z Naturforsch．1960∶15A∶3364 US AEC Report ORO－684，19725 Villani S，Uranium Enrichment，Topics in Applied Physics，Von·35．New York：Springer-Verlag，19796 Farrar R L，Jr，Smith D F．Report K-L－3054，rev·l．US AEC，19727 US Patent，4012480，19778 Onitsuka H，et al．Proc Int Sym．on Isotope Separation and Chem．Uranium Enrichment Tokyo．1990，109 Dawson J M，et al．Physical Review Letters．1976，37∶154710 肖啸菴．国外浓缩铀技术动态．1985，3∶11(中国原子能科学研究院肖啸菴研究员撰；刘广均院士审) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。