中國自行研製鈾濃縮離心機成功 世界第三家

2020-11-23 觀察者網

日前，中核工業集團證實，中國自主研製的鈾濃縮離心機在蘭州成功實現工業化應用。這標誌著中國具備了核燃料生產的自主化工業能力，完全掌握了離心法鈾濃縮技術，對保障中國核電可持續發展具有重大戰略意義。

鈾濃縮離心機主控室

鈾濃縮離心機技術是核燃料生產的關鍵技術，是衡量國家核技術水平的重要標誌。據介紹，曾經投入實際運行的鈾濃縮方法主要有氣體擴散法、氣體離心法、電磁分離法和化學分離法四種，其中氣體離心法的成本效益最好。離心機具有高真空、高轉速、強腐蝕、高馬赫數、長壽命、不可維修等特點，其研製涉及機械、電氣、力學、材料學、空氣動力學、流體力學、計算機應用等多種學科的理論和技術領域，技術難度很大。國際上從事離心機研製的國家有俄羅斯、西歐三國（德國、荷蘭、英國）、美國、日本和巴西等十多個國家，真正實現工業化生產的有西歐Urenco合資公司和俄羅斯Rosatom公司。

經過多年攻關，中核集團科研人員成功攻克了離心機研製中的多項關鍵技術，完成了研製任務並裝配鈾濃縮工廠，實現了離心機的工業化應用，多項技術指標達到國際先進水平。據外媒報導，中核集團進行相關研究的主要是蘭州鈾濃縮工廠，該廠以前使用過俄羅斯製造的第六代鈾濃縮離心機，但由於設備價格高昂，擴大生產規模不易。蘭州鈾濃縮工廠的網頁上提到計劃在2020年前實現濃縮鈾生產規模的大幅度擴大，因此俄新網等媒體猜測中國自行研製的鈾濃縮離心機就是由這個廠製造的。

中核集團已形成了離心機研發製造，離心工程設計、建造和運行的完整的鈾濃縮研發和產業體系，現有裝備能力滿足目前國內核電裝機的需求，且技術水平和裝備製造能力可以保障和滿足國內核電發展的需要。

歐洲鈾濃縮公司在美國設廠生產濃縮鈾，其採用的是大型鈾濃縮離心機，產量高達數百千克/年，一般的小型離心機產量僅為數千克/年

此外，鈾濃縮離心機也有重要的軍事潛力，前蘇聯研發鈾濃縮離心機就是用於生產核武器。根據外媒的報導，中國採用氣體擴散法生產的核材料約為15-20噸，而美國和前蘇聯在冷戰期間各自生產了上千噸的濃縮核材料。美國認為，中國要擴大核武庫的話就需要擴大核材料的生產能力，掌握鈾濃縮離心機技術是其中的重要步驟。

背景資料：

什麼是鈾濃縮的氣體離心法

眾所周知，能夠用於發電的核燃料的主要成分是鈾的同位素：鈾-235，核武器一般使用濃度在90%以上的鈾，而核電站則使用濃度4%-6%的鈾。而天然鈾礦石中的鈾-235含量極低，所以必須使用一定的方法提高鈾-235的濃度，這個過程就是鈾濃縮。

除了目前還在實驗室中的幾種新型鈾濃縮方法，曾用於製造核武器的鈾濃縮方法有四種，而用於為商業核電站提供燃料的鈾濃縮方法則只有氣體擴散法和氣體離心法兩種。其中，氣體擴散法雖然產能很大，也是冷戰時代幾個強國製造核武器時的首選方法，但是其缺點是耗電量巨大，且分離效率較低。早期由於發電用的低濃度鈾多為核武器生產過程中產生，所以其成本過高的問題可以忽略。但是在今天，商業化的核電站必須考慮降低成本的問題。於是，冷戰期間蘇聯首先開發的氣體離心法成為了核大國的主要鈾濃縮方法。這種方法耗電只有氣體擴散法的十分之一，也有一些試圖跨過核門檻的第三世界國家採用這一方法。這些國家主要是通過向俄羅斯購買的較早期的離心機或走私關鍵部件來實現鈾濃縮的。

氣體離心法示意圖

氣體離心法的主要難點在於離心機的製造，進入離心機的六氟化鈾(UF6)氣體溫度高達2000攝氏度，離心機的內筒要在高度真空環境下高速運轉，其線速度達到音速。而且離心機必須長時間連續工作，如果在工作期間停轉就會前功盡棄，而且由於每個離心機單獨生產的鈾產量很小，一個鈾濃縮設施一般會用幾千到上萬，甚至數萬臺離心機同時工作。這對於機械可靠性、材料技術等都提出了極高的要求，尤其是離心機的轉子材料極其特殊，目前世界上還只有極少數國家可以獨立研製。

氣勢宏大的前蘇聯鈾濃縮工廠的離心機

前蘇聯為了大量生產核武器，在60年代率先完成了離心機的設計製造並且建設了規模宏大的鈾濃縮工廠。到70-80年代，歐洲鈾濃縮公司也完成了自己的離心機。美國由於可以與歐洲共享該技術，因此並未單獨開發鈾濃縮離心機，歐洲鈾濃縮公司在美國建造的大型離心機單機每年可以生產200-600千克濃縮鈾，而歐洲鈾濃縮公司的小型濃縮鈾離心機的產量俄只有3-30千克/ 年。

鈾濃縮離心機也有潛在的軍事用途，圖為伊朗的鈾濃縮設施，據報導這些是俄羅斯的第二代鈾濃縮離心機。

從礦石到燃料棒-歐洲鈾濃縮公司的核燃料生產過程圖解

鈾礦石來自露天礦坑

礦石被裝上大型卡車運往精煉廠

精煉廠的選礦過程

經過處理得到的鈾黃餅

被裝進桶中運往鈾濃縮工廠

傳統的氣體擴散處理法主要用於不計成本生產核武器

鈾濃縮離心機是一種廉價的濃縮方法

鈾濃縮工廠一般佔地面積巨大

濃縮後的富含鈾-235的燃料塊被裝進12英寸長的燃料棒，再組成燃料棒束

歐洲鈾濃縮公司榮譽出品的燃料棒束

燃料棒束被插入反應堆內開始工作

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