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• 发布时间：2020-09-10
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【概要描述】日前，中核工业集团证实，中国自主研制的铀浓缩离心机在兰州成功实现工业化应用。这标志着中国具备了核燃料生产的自主化工业能力，完全掌握了离心法铀浓缩技术，对保障中国核电可持续发展具有重大战略意义。



铀浓缩离心机主控室

铀浓缩离心机技术是核燃料生产的关键技术，是衡量国家核技术水平的重要标志。据介绍，曾经投入实际运行的铀浓缩方法主要有气体扩散法、气体离心法、电磁分离法和化学分离法四种，其中气体离心法的成本效益最好。离心机具有高真空、高转速、强腐蚀、高马赫数、长寿命、不可维修等特点，其研制涉及机械、电气、力学、材料学、空气动力学、流体力学、计算机应用等多种学科的理论和技术领域，技术难度很大。国际上从事离心机研制的国家有俄罗斯、西欧三国（德国、荷兰、英国）、美国、日本和巴西等十多个国家，真正实现工业化生产的有西欧Urenco合资公司和俄罗斯Rosatom公司。

经过多年攻关，中核集团科研人员成功攻克了离心机研制中的多项关键技术，完成了研制任务并装配铀浓缩工厂，实现了离心机的工业化应用，多项技术指标达到国际先进水平。据外媒报道，中核集团进行相关研究的主要是兰州铀浓缩工厂，该厂以前使用过俄罗斯制造的第六代铀浓缩离心机，但由于设备价格高昂，扩大生产规模不易。兰州铀浓缩工厂的网页上提到计划在2020年前实现浓缩铀生产规模的大幅度扩大，因此俄新网等媒体猜测中国自行研制的铀浓缩离心机就是由这个厂制造的。

中核集团已形成了离心机研发制造，离心工程设计、建造和运行的完整的铀浓缩研发和产业体系，现有装备能力满足目前国内核电装机的需求，且技术水平和装备制造能力可以保障和满足国内核电发展的需要。



欧洲铀浓缩公司在美国设厂生产浓缩铀，其采用的是大型铀浓缩离心机，产量高达数百千克/年，一般的小型离心机产量仅为数千克/年

此外，铀浓缩离心机也有重要的军事潜力，前苏联研发铀浓缩离心机就是用于生产核武器。根据外媒的报道，中国采用气体扩散法生产的核材料约为15-20吨，而美国和前苏联在冷战期间各自生产了上千吨的浓缩核材料。美国认为，中国要扩大核武库的话就需要扩大核材料的生产能力，掌握铀浓缩离心机技术是其中的重要步骤。

背景资料：

什么是铀浓缩的气体离心法

众所周知，能够用于发电的核燃料的主要成分是铀的同位素：铀-235，核武器一般使用浓度在90%以上的铀，而核电站则使用浓度4%-6%的铀。而天然铀矿石中的铀-235含量极低，所以必须使用一定的方法提高铀-235的浓度，这个过程就是铀浓缩。

除了目前还在实验室中的几种新型铀浓缩方法，曾用于制造核武器的铀浓缩方法有四种，而用于为商业核电站提供燃料的铀浓缩方法则只有气体扩散法和气体离心法两种。其中，气体扩散法虽然产能很大，也是冷战时代几个强国制造核武器时的首选方法，但是其缺点是耗电量巨大，且分离效率较低。早期由于发电用的低浓度铀多为核武器生产过程中产生，所以其成本过高的问题可以忽略。但是在今天，商业化的核电站必须考虑降低成本的问题。于是，冷战期间苏联首先开发的气体离心法成为了核大国的主要铀浓缩方法。这种方法耗电只有气体扩散法的十分之一，也有一些试图跨过核门槛的第三世界国家采用这一方法。这些国家主要是通过向俄罗斯购买的较早期的离心机或走私关键部件来实现铀浓缩的。



气体离心法示意图

气体离心法的主要难点在于离心机的制造，进入离心机的六氟化铀(UF6)气体温度高达2000摄氏度，离心机的内筒要在高度真空环境下高速运转，其线速度达到音速。而且离心机必须长时间连续工作，如果在工作期间停转就会前功尽弃，而且由于每个离心机单独生产的铀产量很小，一个铀浓缩设施一般会用几千到上万，甚至数万台离心机同时工作。这对于机械可靠性、材料技术等都提出了极高的要求，尤其是离心机的转子材料极其特殊，目前世界上还只有极少数国家可以独立研制。



气势宏大的前苏联铀浓缩工厂的离心机

前苏联为了大量生产核武器，在60年代率先完成了离心机的设计制造并且建设了规模宏大的铀浓缩工厂。到70-80年代，欧洲铀浓缩公司也完成了自己的离心机。美国由于可以与欧洲共享该技术，因此并未单独开发铀浓缩离心机，欧洲铀浓缩公司在美国建造的大型离心机单机每年可以生产200-600千克浓缩铀，而欧洲铀浓缩公司的小型浓缩铀离心机的产量俄只有3-30千克/ 年。

长沙英泰仪器是国内一流的离心机厂家，所生产离心机曾被国防科大用作生产导弹陀螺仪，但公司重点产品为实验室离心机、医用离心机等方面应用。



铀浓缩离心机也有潜在的军事用途，图为伊朗的铀浓缩设施，据报道这些是俄罗斯的第二代铀浓缩离心机。

从矿石到燃料棒-欧洲铀浓缩公司的核燃料生产过程图解



铀矿石来自露天矿坑



矿石被装上大型卡车运往精炼厂



精炼厂的选矿过程



经过处理得到的铀黄饼



被装进桶中运往铀浓缩工厂



传统的气体扩散处理法主要用于不计成本生产核武器



铀浓缩离心机是一种廉价的浓缩方法



铀浓缩工厂一般占地面积巨大



浓缩后的富含铀-235的燃料块被装进12英寸长的燃料棒，再组成燃料棒束



欧洲铀浓缩公司荣誉出品的燃料棒束



燃料棒束被插入反应堆内开始工作