铀浓缩

原理

铀是存在于自然界中的一种稀有化学元素，具有放射性。在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中铀-235的含量非常低，只有约0.7%。为满足核武器和核动力的需求，一些国家建造了铀浓缩厂，以天然铀矿作原料，运用同位素分离法（扩散法、离心法和激光法等）使天然铀的三种同位素分离，以提高铀-235的丰度，提炼浓缩铀。

技术要求

铀浓缩是指从天然铀生产浓缩铀。若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须对其进行浓缩，这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是0.7％，而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的浓度通常约为3.5％。用于武器和舰船推进的丰度通常约为93％。但舰船推进可以只需20％或更低的丰度。鉴于在丰度0.7％至2％之间需要与丰度2％至93％之间同样多的分离功，因此浓缩过程不是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不足一半，而铀的供料量可减少到20％以下。

制造方法

气体扩散法

气体扩散法是先把黄饼转化为六氟化铀气体，铀235分子气体比铀238分子气体质量轻，能够更快地通过扩散膜，从而达到分离的效果。每通过一次扩散膜，铀235与铀238的浓度比略有增加，因此需要设置多级扩散膜，已通过扩散膜的气体随后被泵送到下一级，而留在扩散膜中的气体则返回到较低级进行再循环。要达到核电厂反应堆的使用要求，铀235的丰度需要1000级以上。制造第一颗原子弹用的核材料就是用这种方法制造出来的。气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量和成本很高。气体扩散技术已迄今64年，使用此技术的工厂陆续退出历史舞台。

气体离心法

在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。

气体动力学分离法

所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5％的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。

激光浓缩法

激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。

同位素电磁分离法

同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。

化学分离法

这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。

等离子体分离法

在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离。

迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。所有这7项技术均在不同程度上具有扩散敏感性，因为它们都能够在一项秘密计划中不惜代价地被用于从天然铀或低浓铀生产高浓铀。但是，由于这些技术的特征不同，因而将影响到其被探知的可能性。

主要报道

为了控制全球铀浓缩活动，防止核武器扩散，2010年4月举行的世界核安全峰会发表公报强调，各国对高浓缩铀需要采取特别防范措施，在技术和经济可行的情况下，鼓励将使用高浓缩铀的反应堆转化为使用低浓缩铀，并最大限度减少使用高浓缩铀。

韩国停核

韩国外交消息人士称，正在进行韩美《原子能协定》修正谈判的美国向韩国政府提出了将协定有效期从原来的40年修改成“永久有效”的建议。报道称，美国提出的这一条款，使韩国面临永久被禁止核再处理和铀浓缩的“危机”。

首尔交消息人士2014年2月27日表示，美国针对正进行的韩美《原子能协定》修正问题提出，希望在协定中新写入“永久有效”的条款。该消息人士表示，现行条款包含事实上禁止韩国进行铀浓缩和再处理的条款，在不修改这一条款的情况下，如果新写入“永久有效”条款，那么以后韩国连讨论浓缩和再处理问题都将变得不可能。

在此之前，美国于2013年年10月与越南签订的《原子能协定》正文中因为没有写入禁止浓缩和再处理的条款，对韩国有失公平，而引起了一番争议。因此，如果按照美国的要求，在韩美协议中写入“永久”条款，预计韩国遭遇“双重标准”的争议将进一步激化。

1974年生效的韩美《原子能协定》将在2014年3月满40年，失去效力。两国已决定将协定效力延长到2016年，正就修正内容进行谈判。在过去的9轮谈判中，美国始终拒绝韩国希望进行浓缩和再处理的要求。韩国政府相关人士表示“政府正站在与美国互惠的立场上，努力签订适合于韩国的协定”。

朝美对话

朝鲜和美国发布第三次高级别对话结果。朝鲜同意暂停铀浓缩项目及核试验和远程导弹测试作为条件，美国将恢复粮食援助。朝鲜外务省发言人表示，“应美方要求”并为了维持高级别对话积极氛围，朝鲜同意“在有效的对话继续时”暂停核试验、远程导弹试射和宁边铀浓缩活动，允许国际原子能机构对暂停铀浓缩进行监督。

参考资料