核能源危機呼喚離心機技術(shù)創(chuàng)新

2018-07-12 17:40:36 點擊量：

前情提要：中核集團日前在蘭州鈾濃縮基地宣布，經(jīng)過多年研制，我國核工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)——鈾濃縮技術(shù)完全實現(xiàn)自主化，并躋身國際先進水平行列。這標(biāo)志著我國成為繼俄羅斯等少數(shù)國家之后，自主掌握鈾濃縮技術(shù)并成功實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的國家。

鈾離心機工作原理

鈾黃餅

    伴隨著這一重磅消息產(chǎn)生的是對離心機制造技術(shù)更加嚴(yán)格的要求。

    這是因為，鈾濃縮是在天然鈾中提高鈾-235含量的工藝過程，天然鈾中，鈾-235的含量只有0.7%，其余皆為鈾-238。但是，大部分核電站需使用低濃鈾燃料，其中鈾-235的含量約為2%―5%。這種供需差距是對我國鈾濃縮技術(shù)的一大考驗。

    鈾235和鈾238是同位素，他們的原子中質(zhì)子數(shù)，電子數(shù)一致，只有中子數(shù)不同。他們的化學(xué)性質(zhì)完全一樣，用常規(guī)的化學(xué)方法無法分離，分離均采用一些物理方法。

    在適用于提高鈾-235濃度的技術(shù)中，有幾項技術(shù)特別重要：

    氣體擴散法——這是商業(yè)開發(fā)的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質(zhì)量的鈾同位素在轉(zhuǎn)化為氣態(tài)時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當(dāng)高壓六氟化鈾氣體透過在級聯(lián)中順序安裝的多孔鎳膜時，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨后被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環(huán)。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應(yīng)堆級的鈾-235豐度需要1000級以上。

    氣體離心法——在這類工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉(zhuǎn)的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導(dǎo)出，并輸送到另一臺離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數(shù)新濃縮廠所采用。

    迄今為止，只有氣體擴散法和氣體離心法達到了商業(yè)成熟程度。這些項技術(shù)均在不同程度上具有擴散敏感性，曾有報道稱伊朗將在“鈾濃縮工廠安裝新一代離心機”的報道，這也說明了先進的離心機技術(shù)對鈾濃縮和核工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

    我國相關(guān)技術(shù)工程師曾試驗過各種鈾濃縮方法，相比已經(jīng)被淘汰的電磁法、熱擴散法、氣體擴散法，激光法尚在實驗室階段，目前鈾濃縮主要采用氣體離心法。鈾濃縮離心機技術(shù)利用高速旋轉(zhuǎn)離心機中很強的離心力場，來實現(xiàn)鈾-235和鈾-238的分離。該技術(shù)所需的耗電量約相當(dāng)于擴散法的1/25，綜合成本約減少一半。因此，離心機工業(yè)化是一項要求非常高、技術(shù)難度很大的多學(xué)科高精尖技術(shù)。

    過去，國內(nèi)離心機技術(shù)不達標(biāo)，國際上視相關(guān)技術(shù)為核心機密，這給我國鈾濃縮自主化及核電站建設(shè)造成極大障礙。

    通過刻苦攻關(guān)，我國已形成的離心機制造裝備能力，完全可以保障和滿足后續(xù)核電發(fā)展需要。當(dāng)然，更先進、更經(jīng)濟的離心機研制仍然在進行中。