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        核能源危機呼喚離心機技術創新

        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,經過多年研制,我國核工業關鍵技術——鈾濃縮技術完全實現自主化,并躋身國際先進水平行列。這標志著我國成為繼俄羅斯等少數國家之后,自主掌握鈾濃縮技術并成功實現工業化應用的國家。

        鈾離心機工作原理

        鈾離心機工作原理

        鈾黃餅

        鈾黃餅

            伴隨著這一重磅消息產生的是對離心機制造技術更加嚴格的要求。

            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的一大考驗。

            鈾235和鈾238是同位素,他們的原子中質子數,電子數一致,只有中子數不同。他們的化學性質完全一樣,用常規的化學方法無法分離,分離均采用一些物理方法。

            在適用于提高鈾-235濃度的技術中,有幾項技術特別重要:

            氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的鈾同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級,當高壓六氟化鈾氣體透過在級聯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。在每一級中,鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-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成熟程度。這些項技術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對鈾濃縮和核工業發展至關重要。

            我國相關技術工程師曾試驗過各種鈾濃縮方法,相比已經被淘汰的電磁法、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。鈾濃縮離心機技術利用高速旋轉離心機中很強的離心力場,來實現鈾-235和鈾-238的分離。該技術所需的耗電量約相當于擴散法的1/25,綜合成本約減少一半。因此,離心機工業化是一項要求非常高、技術難度很大的多學科高精尖技術。

            過去,國內離心機技術不達標,國際上視相關技術為核心機密,這給我國鈾濃縮自主化及核電站建設造成極大障礙。

            通過刻苦攻關,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核電發展需要。當然,更先進、更經濟的離心機研制仍然在進行中。

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