怎么提取鈾235和钚239?

【專家解說】：提取鈾235:氣體擴散法——這是商業(yè)開發(fā)的第一個濃縮方法。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(lián)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(huán)。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應(yīng)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(zhuǎn)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(dǎo)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(shù)新濃縮廠所采用。 氣體動力學(xué)分離法——所謂貝克爾技術(shù)是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經(jīng)過壓縮高速通過一個噴嘴，然后穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學(xué)分離法為實現(xiàn)濃縮比度所需的級聯(lián)雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經(jīng)濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學(xué)工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉(zhuǎn)。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似于轉(zhuǎn)筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5％的工業(yè)規(guī)模的氣體動力學(xué)分離廠已運行了近10年，但也由于耗電過大，而在1995年關(guān)閉。 激光濃縮法——激光濃縮技術(shù)包括3級工藝：激發(fā)、電離和分離。有2種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這種濃縮，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是將金屬鈾蒸發(fā)，然后以一定的波長應(yīng)用激光束將鈾-235原子激發(fā)到一個特定的激發(fā)態(tài)或電離態(tài)，但不能激發(fā)或電離鈾-238原子。然后，電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子激光法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，并首先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。鈾-235原子吸收這種光譜，從而導(dǎo)致原子能態(tài)的提高。然后再利用紫外線激光器分解這些分子，并分離出鈾-235。該法似乎有可能生產(chǎn)出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產(chǎn)率和復(fù)合率仍有待證明。在此應(yīng)當指出的是，分子激光法只能用于濃縮六氟化鈾，但不適于“凈化”高燃耗金屬钚，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬钚的原子激光法原則上也能“凈化”高燃耗金屬钚。因此，分子激光法比原子激光法在防擴散方面會更有利一些。 同位素電磁分離法——同位素電磁分離濃縮工藝是基于帶電原子在磁場作圓周運動時其質(zhì)量不同的離子由于旋轉(zhuǎn)半徑不同而被分離的方法。通過形成低能離子的強電流束并使這些低能離子在穿過巨大的電磁體時所產(chǎn)生的磁場來實現(xiàn)同位素電磁分離。輕同位素由于其圓周運動的半徑與重同位素不同而被分離出來。這是在20世紀40年代初期使用的一項老技術(shù)。正如伊拉克在20世紀80年代曾嘗試的那樣，該技術(shù)與當代電子學(xué)結(jié)合能夠用于生產(chǎn)武器級材料。 化學(xué)分離法——這種濃縮形式開拓了這樣的工藝，即這些同位素離子由于其質(zhì)量不同，它們將以不同的速率穿過化學(xué)“膜”。有2種方法可以實現(xiàn)這種分離：一是由法國開發(fā)的溶劑萃取法，二是日本采用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產(chǎn)生類似于搖晃1瓶油水混合液的結(jié)果。日本的離子交換工藝則需要使用一種水溶液和一種精細粉狀樹脂來實現(xiàn)樹脂對溶液的緩慢過濾。 等離子體分離法——在該法中，利用離子回旋共振原理有選擇性地激發(fā)鈾-235和鈾-238離子中等離子體鈾-235同位素的能量。當?shù)入x子體通過一個由密式分隔的平行板組成的收集器時，具有大軌道的鈾-235離子會更多地沉積在平行板上，而其余的鈾-235等離子體貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的等離子體實驗計劃的國家只有美國和法國。美國已于1982年放棄了這項開發(fā)計劃。法國雖然在1990年前后停止了有關(guān)項目，但它目前仍將該項目用于穩(wěn)定同位素分離。