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铀浓缩（气体离心法）项目汇报：马骁笛指导教师：刘欢鹏作者学校：哈尔滨工业大学（Harbininstituteoftechnology）2015.10.16铀是存在于自然界中的一种稀有化学元素，具有放射性。在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中铀-235的含量非常低，只有约0.7%。为满足核武器和核动力的需求，一些国家建造了铀浓缩厂，以天然铀矿作原料，运用同位素分离法使天然铀的三种同位素分离，以提高铀-235的丰度，提炼浓缩铀工业规模分离铀同位素的技术（适用于提高U235浓度）有气体扩散法、气体离心法、离子交换法以及蒸馏法、电解法、电流法、液体热扩散法、电磁分离法和激光分离法等。这些浓缩方法，工艺过程都复杂，投资大、耗能高、且产量低，即生产铀燃料成本较大。1919年，德国科学家G．瑞皮完成了气体离心机的基本设计。铀浓缩离心机概念和应用则是20世纪30—40年代由美囯弗吉尼亚大学的高速离心机专家J．W．伯莫斯提出的。1934年，伯莫斯成功地分离了两种氯同位素；1941年，他和同事利用离心机首次成功地分离了铀同位素。分离共设计了3种离心机，其工作曾引起美国当时正实施的“曼哈顿计划”（研制原子弹的计划）领导人的注意，但美国最终选择了气体扩散法。气体离心法也适用于处理铀的混合液体或铀蒸汽，它使用独特设计的离心机使气体或液体能不间断地在各个离心机中流动，可连续运转加工铀气流或铀液体流。气体离心机工作示意图时下，浓缩铀常用这种机械式分离法，真空高速离心机是关键设备，国际上常把有无该设备作为判断一个国家是否进行核武器研究的标志。与气体扩散法相比，气体离心法工效较高、所需电能要少很多，所以该法已被大多的浓缩铀工厂采用。U235、U238原子量不同，密度有微量差别。利用高速旋转产生的惯性离心力，可将较重的U238“甩”到一端。气体离心法将高压UF6气体注入高速转动的封闭式离心机里，由于质量存在差异，长时间旋转依靠惯性离心力，较轻的UF6中U235分子大多集中在容器转轴处，较重的UF6U238分子则大多结集在边缘。若沿轴向从外部导入气流，并使转轴处的这股气体向上流动，边缘处外部导入的气体向下流动。如此，离心机下方收集的是较重的UF6U238气体，上方则是需要的、较轻的UF6U235气体。在近轴处富集的UF6U235气体被导出，再输送到下一台离心机继续分离———逐渐累积、纯化、浓缩。随着较轻的UF6U235气体穿过一系列高速离心机，其U235同位素分子富集度会越来越大。最后，利用化学法处理已收集的、较轻的UF6U235气体，就可获得工业或军用级浓缩铀。通常，气体离心机厂需要几千台高速真空离心机连续、长期地工作才能得到武器级浓缩铀等。2010年下半年，因外界攻击，伊朗纳坦兹铀浓缩工厂至少有1/5的离心机因感染“震网”病毒被迫关闭。敬请指正