核能源危機(jī)呼喚離心機(jī)技術(shù)創(chuàng)新

2018-07-12 17:40:36 點(diǎn)擊量：

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

鈾離心機(jī)工作原理

鈾黃餅

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

    這是因?yàn)?，鈾濃縮是在天然鈾中提高鈾-235含量的工藝過(guò)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(duì)我國(guó)鈾濃縮技術(shù)的一大考驗(yàn)。

    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(wú)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(xiàng)技術(shù)特別重要：

    氣體擴(kuò)散法——這是商業(yè)開(kāi)發(fā)的第一個(gè)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(shí)運(yùn)動(dòng)速率的差異。在每一個(gè)氣體擴(kuò)散級(jí)，當(dāng)高壓六氟化鈾氣體透過(guò)在級(jí)聯(lián)中順序安裝的多孔鎳膜時(shí)，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過(guò)多孔膜壁。這種泵送過(guò)程耗電量很大。已通過(guò)膜管的氣體隨后被泵送到下一級(jí)，而留在膜管中的氣體則返回到較低級(jí)進(jìn)行再循環(huán)。在每一級(jí)中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應(yīng)堆級(jí)的鈾-235豐度需要1000級(jí)以上。

    氣體離心法——在這類(lèi)工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過(guò)一系列高速旋轉(zhuǎn)的圓筒，或離心機(jī)。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(tái)離心機(jī)進(jìn)一步分離。隨著氣體穿過(guò)一系列離心機(jī)，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴(kuò)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(kuò)散法和氣體離心法達(dá)到了商業(yè)成熟程度。這些項(xiàng)技術(shù)均在不同程度上具有擴(kuò)散敏感性，曾有報(bào)道稱(chēng)伊朗將在“鈾濃縮工廠安裝新一代離心機(jī)”的報(bào)道，這也說(shuō)明了先進(jìn)的離心機(jī)技術(shù)對(duì)鈾濃縮和核工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

    我國(guó)相關(guān)技術(shù)工程師曾試驗(yàn)過(guò)各種鈾濃縮方法，相比已經(jīng)被淘汰的電磁法、熱擴(kuò)散法、氣體擴(kuò)散法，激光法尚在實(shí)驗(yàn)室階段，目前鈾濃縮主要采用氣體離心法。鈾濃縮離心機(jī)技術(shù)利用高速旋轉(zhuǎn)離心機(jī)中很強(qiáng)的離心力場(chǎng)，來(lái)實(shí)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(kuò)散法的1/25，綜合成本約減少一半。因此，離心機(jī)工業(yè)化是一項(xiàng)要求非常高、技術(shù)難度很大的多學(xué)科高精尖技術(shù)。

    過(guò)去，國(guó)內(nèi)離心機(jī)技術(shù)不達(dá)標(biāo)，國(guó)際上視相關(guān)技術(shù)為核心機(jī)密，這給我國(guó)鈾濃縮自主化及核電站建設(shè)造成極大障礙。

    通過(guò)刻苦攻關(guān)，我國(guó)已形成的離心機(jī)制造裝備能力，完全可以保障和滿(mǎn)足后續(xù)核電發(fā)展需要。當(dāng)然，更先進(jìn)、更經(jīng)濟(jì)的離心機(jī)研制仍然在進(jìn)行中。