铀的浓缩,既铀同位素分离,是一个至关重要的环节。
在铀的浓缩工艺方面,目前潜力很大。现在主要的浓缩方法,还是美国第二次世界大战期
间发展起来的气体扩散法。由于氟元素只有一种同位素,所以采用气体扩散法时,先将天
然铀制成六氟化铀气体。精制、提纯后的六氟化铀气体,由压缩机驱动通过多孔扩散膜。
扩散机上最关键的部件是扩散膜。扩散膜上每平方厘米的面积内,有几亿个直径约十万分
之几毫米的微孔。铀-238与铀-235组成的六氟化铀气体分子,有微小的质量差别。用压
缩机强迫这些气体通过扩散机里的扩散膜时,铀-235组成的气体分子由于轻,每一次通过
扩散膜的比例,比铀-238组成的气体分子通过的比例略微大一些。每一组扩散膜组成一个
分离级。但是,每经过一级扩散,铀235的浓缩度增长系数为1.0043(增加千分之4.3)
。要经过相当多级的扩散分离,才可能获得浓缩的铀。例如,要将天然铀浓缩到3%的浓缩
度,要经过上千个这样的串联的分离级。如果要将浓缩度提高到90%以上,则要经过三、
四千个分离级。但是氟化物的腐蚀性很强,数以千计的扩散级要消耗大量的贵重材料,运
行时消耗的电力也很多。一吨分离功,要消耗250万度电。公斤分离功、吨分离功都是分离
能力的量度。浓缩时消耗分离功的多少,与原料、尾料及产品中铀-235的含量及产品数量有关。原料和尾料中铀-235含量越低,产品中铀-235浓缩度越高
,产品的数量越多,则需要的分离功越大,反之亦然。要从5.48吨天然铀中分离出一吨3
%浓缩度的铀,并要求尾料中铀-235浓度为0.2%,至少需要4.306吨分离功。一个一百
万千瓦的轻水堆电站,每年要消耗百多吨分离功。用扩散法获得这些分离功所需的电力为
两亿度以上。目前美国有橡树岭、帕杜卡、朴茨茅斯三个扩散厂,年分离能力17000吨分离
功,相当于年产90%高浓铀75吨或3%低浓铀3900吨。很显然,如果我们要建一个生产能力
为每年一吨分离功的扩散厂是不经济的。由于扩散厂分离级多,所以要年分离能力达到五
千到九千吨分离功的规模才经济。这样大规模的扩散厂,建设周期十多年。
在铀的浓缩工艺方面,目前潜力很大。现在主要的浓缩方法,还是美国第二次世界大战期
间发展起来的气体扩散法。由于氟元素只有一种同位素,所以采用气体扩散法时,先将天
然铀制成六氟化铀气体。精制、提纯后的六氟化铀气体,由压缩机驱动通过多孔扩散膜。
扩散机上最关键的部件是扩散膜。扩散膜上每平方厘米的面积内,有几亿个直径约十万分
之几毫米的微孔。铀-238与铀-235组成的六氟化铀气体分子,有微小的质量差别。用压
缩机强迫这些气体通过扩散机里的扩散膜时,铀-235组成的气体分子由于轻,每一次通过
扩散膜的比例,比铀-238组成的气体分子通过的比例略微大一些。每一组扩散膜组成一个
分离级。但是,每经过一级扩散,铀235的浓缩度增长系数为1.0043(增加千分之4.3)
。要经过相当多级的扩散分离,才可能获得浓缩的铀。例如,要将天然铀浓缩到3%的浓缩
度,要经过上千个这样的串联的分离级。如果要将浓缩度提高到90%以上,则要经过三、
四千个分离级。但是氟化物的腐蚀性很强,数以千计的扩散级要消耗大量的贵重材料,运
行时消耗的电力也很多。一吨分离功,要消耗250万度电。公斤分离功、吨分离功都是分离
能力的量度。浓缩时消耗分离功的多少,与原料、尾料及产品中铀-235的含量及产品数量有关。原料和尾料中铀-235含量越低,产品中铀-235浓缩度越高
,产品的数量越多,则需要的分离功越大,反之亦然。要从5.48吨天然铀中分离出一吨3
%浓缩度的铀,并要求尾料中铀-235浓度为0.2%,至少需要4.306吨分离功。一个一百
万千瓦的轻水堆电站,每年要消耗百多吨分离功。用扩散法获得这些分离功所需的电力为
两亿度以上。目前美国有橡树岭、帕杜卡、朴茨茅斯三个扩散厂,年分离能力17000吨分离
功,相当于年产90%高浓铀75吨或3%低浓铀3900吨。很显然,如果我们要建一个生产能力
为每年一吨分离功的扩散厂是不经济的。由于扩散厂分离级多,所以要年分离能力达到五
千到九千吨分离功的规模才经济。这样大规模的扩散厂,建设周期十多年。
