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鈾是存在於自然界中的一種稀有化學元素，具有放射性。根據國際原子能機構的定義，豐度為３％的鈾２３５為核電站發電用低濃縮鈾，鈾２３５豐度大於８０％的鈾為高濃縮鈾，其中豐度大於９０％的稱為武器級高濃縮鈾，主要用於製造核武器。獲得鈾是非常復雜的係列工藝，要經過探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等流程，而濃縮分離是其中最後的流程，需要很高的科技水平。獲得１公斤武器級鈾２３５需要２００噸鈾礦石。 由於涉及核武器問題，鈾濃縮技術是國際社會嚴禁擴散的敏感技術。目前除了幾個核大國之外，日本、德國、印度、巴基斯坦、阿根廷等國傢都掌握了鈾濃縮技術。提煉濃縮鈾通常采用氣體離心法，氣體離心分離機是其中的關鍵設備，因此美國等國傢通常把擁有該設備作為判斷一個國傢是否進行核武器研究的標準。
現時的核電站使用的是鈾核燃料。鈾有三種同位素，即鈾－234、鈾－235和鈾－238。其中的鈾－234不會發生核裂變，鈾－238在通常情況下也不會發生核裂變，而鈾－235這種同位素原子能夠輕易發生核裂變，或者說，做核燃料的實際上是鈾－235。但是，從礦山裏開採出來的鈾裏面，鈾－235的含量卻又是很低，僅占0.64％，絶大部分是鈾－238，它占了99.2％。這就相當於我們的煤餅廠或煉油廠，生産出的煤餅裏大部分是泥沙，當然也就沒法燃燒。根據研究結果，在鈾核燃料中鈾－235的含量要達到3％以上才能燃燒。因此，開採出來的鈾，並不同於開採出來的煤塊直接可以用做燃料，它需要經過提純、濃縮的手續，把鈾－235的含量比例提高之後，方能用做燃料。
提純濃縮鈾－235含量的技術比較復雜，因為元素的各種同位素，如同“孿生姐妹”，無論在物理性質和化學性質上都十分相似，采用通常的各種物理提純方法或者化學提純方法收效都甚微，代價卻很高。現時用來提純鈾－235的主要方法有氣體擴散法、離子交換法、氣體離心法、蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等，其中以氣體擴散法最成熟，製造第一顆原子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。所有這些提純方法，它們的工藝過程都比較復雜，辦廠投資高，運轉過程中消耗的能量也高；而且産量低，生産出的鈾核燃料成本大。因此，科學家一直在找新提純方法。現在，激光科學工作者提出用激光進行提純，或許這種方法能夠大大地降低生産鈾燃料的成本。
用激光提純、濃縮鈾－235的主要依據是激光有極好的單色性，以及各同位素原子的同位素光譜位移。各個同位素原子核含的中子數目不同，它們的能級發生所謂同位素位移，發射出來的光輻射波長出現差異，當然，相差的數值是十分小的。但是，激光的單色性很好，能夠做到用和某種同位素原子發射的光輻射波長相同的激光去激發其中的一種原子，而不會把其他同位素原子一起激發，亦即是說，用激光可以做到單獨把各種同位素原子中的一種激發到高能態，或者把它的原子電離。被電離的同位素原子再用電場就可以把它從同位素混合物堆中單獨“拉”出來，收集後就可以單獨獲得這種同位素。如果是把這種同位素的原子激發到高能級去的，我們便可以利用在高能級的原子和在基態的原子參加化學反應的活動能力不同，通過化學反應方法把它給分離出來。
用激光的方法提純濃縮鈾－235，比現有的各種方法都優越，生産設備可以大大簡化，生産成本也可以大大降低。根據科學家的估計，生産投資大約衹有氣體擴散法的1/2，生産過程中消耗的能量衹有氣體擴散法的1/10左右。所以，世界各國都很重視開發這種鈾核燃料生産技術。美國從1977年就開始研究用激光提純濃縮鈾燃料，從實驗上證實了這種方法在原理上的可行性。1982年，美國能源部確定，今後使用激光來生産鈾核燃料。
用激光提純濃縮鈾－235的技術路綫有兩條：一條稱為原子法，另一條稱為分子法。原子法提純時用的原料是經過提煉鈾礦得到的鈾塊。先用爐子把這鈾塊加熱到高溫，形成鈾原子蒸氣，在這鈾蒸氣裏面包含有鈾元素的同位素鈾－234、鈾－235、鈾－238的原子。然後用在可見光波段的激光（比如用銅蒸氣激光泵浦的染料激光器）照射這鈾原子蒸氣。調諧激光器的輸出波長，讓它落在鈾－235的原子吸收譜綫中心，使它單獨獲得激發或者電離。其後再使用其他物理方法便可以把鈾－235原子從同位素鈾混合氣體中分離出來。這條技術路綫現在已經比較成熟，達到生産應用階段。分子法使用的原料是鈾的分子化合物（比如六氟化鈾）。用在中紅外波段的激光（比如波長16微米的激光）照射這種化合物，並且選擇的激光波長正好是讓鈾－235的這種化合物的分子獲得激發（或電離），再通過前面在原子法中用的物理方法或化學方法把含鈾－235的分子化合物從混合中分離出來，再對含鈾－235的分子化合物作化學分解反應，便可以獲得鈾－235。這條技術路綫現在還未達到生産階段，不過，從發展的潛力來說，分子法比原子法優越。一方面是因為分子法分離時使用的原料是鈾的分子化合物，原料來源比較豐富；其次是在分離的工作過程中不需要加熱，而原子法則需要加熱到2000多度，使鈾原料形成蒸氣。高溫鈾蒸氣有很強的腐蝕性。因此分子法的生産設備會比較簡單，生産成本也相應較低。 |
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濃縮鈾
enriched uranium
濃縮鈾enriched uraninm天然鈾或鈾同位素混
合物經同位素分離後，鈾一235豐度大於其夭然豐度的
袖。鈾是一種重要的金屬元素。天然鈾中有3種同位
素:鈾一238、鈾一235、鈾一234。其含量分別為
99 .28%、0 .714%、0 .006%。鈾一235是自然界中唯一
存在的易裂變核素。
在現代核動力裝置中，除少數重水堆，石墨氣冷堆
用天然鈾作燃料外，其餘大都以濃縮鈾(鈾一235豐度小
於5%)作燃料。其優點是:能達到較高的燃耗深度，
活性區比較緊湊，可以減少燃料元件的生産、運輸、儲
存和乏燃料的後處理量，從而取得更好的經濟效益。
濃縮鈾一235的方法有多種，如氣體擴散法、氣體
離心法和激光法等。但衹有前兩種方法用於大規模工業
化生産。生産中均要求待濃縮的物質以氣體分子狀態存
在。六氟化鈾在常溫下呈氣態，熱穩定性很高;它的另
一元素氟不僅原子量較小，且衹有一種天然核素。因此
選擇六氟化鈾作為濃縮鈾的工作介質。
濃縮鈾氣體擴散法是目前技術上最為成熟的方法，
它是利用鈾一235與鈾一238的質量不同，分子運動速度
也不同的原理，通過裝有孔徑很小的多孔膜分離器來進
行濃縮。濃縮鈾氣體離心法是利用氣體離心機進行濃
縮。離心機是一個以每分鐘數萬轉高速旋轉的長圓俄筒
內充以六氟化鈾。由於強離心力的作用，鈾一238比鈾
一235更易在器壁聚集，從而實現鈾同位素的分離。
濃縮鈾除用作核動力裝置和實驗反應堆的燃料外，
鈾一235豐度在90%以上的高濃縮鈾也是核武器的裝料。
濃縮鈾工廠的生産能力以分離功為單位來表示。它
具有質量的量綱，一般為“千克或噸分離功”，常寫為
kg一swu或t一swu。如用天然鈾生産Ikg鈾一235豐度
為3%的産品(尾料豐度為0.25%)，需耗約3.8掩
一Swu。若生産1 kg鈾一235豐度為90%的高濃縮鈾産
品(尾料豐度仍為0.25%)，則需耗約208kg一Swuo
(孟春) |
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- n.: Enriched uranium
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