我國鈾濃縮離心機投入工業運營 保障未來核電燃料

21日，中核集團公司在蘭州鈾濃縮基地宣佈，我國核工業關鍵的鈾濃縮技術完全實現了自主化和工業化應用。這意味着我國的核燃料生產能力不僅可以滿足國內核電發展的需要，而且具備了國際競爭實力。

“鈾濃縮離心機技術，是核燃料生產的關鍵技術，也是衡量國家核技術水平的重要標誌。我們經過多年自主研製，掌握了這項技術並轉化成為工業生產能力，這對保障國家能源安全和我國核電的可持續發展有着重大戰略意義，也標誌着我國可以上場同俄羅斯和西歐兩家世界頂尖的鈾濃縮公司同台競技了。”中核集團公司總工程師雷增光説到激動處揚手做了一個“上場”的手勢。

資料圖：俄羅斯商用鈾濃縮離心機車間

記者走進這個坐落在蘭州西郊山巒下、黃河邊的蘭州鈾濃縮有限公司，在一個大型白色廠房裏看到一排排的離心機設備正在運轉，發出輕微的嗡鳴聲，看不見的機器內部高速旋轉着將天然鈾中的鈾235與鈾238分離，使之成為適合核電站使用的燃料。

核電站使用的核燃料要求鈾235的含量在2%至5%之間，但在天然鈾中，鈾235的含量只有0.7%，其餘為鈾238，因此需要提高鈾235的含量。當前主流的鈾濃縮離心機技術，是利用高速旋轉產生很強的離心力場，來實現二者的分離。

這項“高精尖”技術原來只有俄羅斯等少數國家掌握。雷增光歷數研發這項技術的難點：離心機的轉速要達到每分鐘幾萬轉到十幾萬轉；要連續運行十年以上，中間不停機也不檢修；工作介質是具有強腐蝕性的六氟化鈾；不是一台而是一批離心機同時運轉，必須具備很高的一致性；工業化過程還須經過不同裝機規模的長時間試驗考核。“這對離心機材料、結構設計、加工工藝、裝配技術、試驗技術等都提出了很苛刻的要求。”

前蘇聯鈾濃縮工廠中生產武器級鈾的離心機

經過幾十年的艱苦努力，中核集團的科研人員自主創新、開拓進取，攻克了眾多技術難關。形成了離心機的研發製造，以及整個鈾濃縮離心工程的設計、建造和運行的完整產業體系。

蘭州鈾濃縮有限公司總經理朱紀告訴記者，現在上馬了自家生產的鈾濃縮離心設備，完全可以保障當前我國在運的17個反應堆的核燃料供應，也能滿足到2020年五倍於現在核電規模的燃料需求。“我們要建世界一流的核燃料基地，為核能這一清潔能源的發展做出貢獻。”他説。

雷增光透露，中核集團正在研製更先進、更經濟的新一代離心機，目前在關鍵技術的研究上已取得重要進展。“新一代離心機將進一步提高我國在國際鈾濃縮領域的地位和競爭力。”

背景資料：

中國今年實現鈾濃縮離心機工業化應用

2013年3月，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。這標誌着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只有西歐Urenco合資公司和俄羅斯Rosatom公司。

歐洲鈾濃縮公司生產的燃料棒

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。根據外媒的報道，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。

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。 

鈾離心機工作原理圖解

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)氣體温度高達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，甚至數萬台離心機同時工作。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。

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只有3-30千克/ 年。