铀-235提纯.doc

提纯浓缩铀－235 含量的技术比较复杂, 现时用来提纯铀－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气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235 轻分子气体比铀-238 分子的气体更快地通过多孔膜壁这种泵送过程耗电量很大已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环在每一级中，铀-235/铀-238 浓度比仅略有增加浓缩到反应堆级的铀-235 丰度需要 1000 级以上 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目前国际上通用的铀浓缩方法有离心法、气体扩散法和激光法，而气体离心分离机则是提炼浓缩铀通常采用的气体离心法的关键设备它是一个庞大的系统，通过每秒2 万转以上的高速离心机，其他同位素可从天然铀矿石中分离出去，剩余的铀 235 的浓度可达到 95％以上为了获得高加浓度的铀 235，早期，科学家们曾用多种方法来攻此难关最后“气体扩散法”终于获得了成功气体扩散法所依据的，就是铀 235 原子和铀 238 原子之间这一微小的质量差异这种方法首先要求将铀转变为气体化合物到目前为止，六氮化铀是唯一合适的一种气体化合物气体扩散法投资很高，耗电量很大，虽然如此，这种方法目前仍是实现工业应用的唯一方法为了寻找更好的铀同位素分离方法，许多国家做了大量的研究工作，已取得了一定的成绩例如目前离心法已向工业生产过渡，喷嘴法等已处于中间工厂试验阶段，而新兴的冠醚化学分离法和激光分离法等则更有吸引力。