无论是制造原子弹还是核反应堆,都需要铀-235。但地球上铀矿石中含量最多的却是铀-238,占到总量的99.274%,铀-235的含量只有约0.7%,远远达不到浓度3.5%以上的核燃料标准,更不用说浓度为90%以上的武器级燃料。
因此,需要以天然铀矿作原料,运用扩散法、离心法和激光法等工艺来提高铀-235的丰度,最终得到浓缩铀。
目前使用最多,也最成熟的方法就是离心法----利用高速离心机旋转将更重的铀238一步步甩出去,从而不断提高铀235的丰度。
然而,即使掌握了浓缩铀的提炼技术,要制造出武器级铀-235,其道路仍然异常曲折而艰难。
首先,大约每200吨铀矿才能提炼出1公斤浓缩铀,要提炼出20公斤的武器级别浓缩铀至少需要2000吨铀矿。而全世界能出口铀矿的国家屈指可数,早就被国际原子能机构盯得死死的,很难搞到。
其次,提炼浓缩铀需要一个中等城市的用电量,再加上工厂建设、科技支出、大量人员工资等等,这绝对是一笔海量支出。
最后,铀浓缩离心机具有高度真空、超高转速、超长寿命、极度耐腐蚀等特点,制造难度相当大,大部分国家目前并不具备制造能力,只能高价进口。
以伊朗为例,它从2005年起先后投产两座铀浓缩工厂,有接近2万台离心机,规模不可谓不大。但是到2015年国际原子能机构进行核查后发现,伊朗花费10年时间,只制造出50公斤丰度为20%左右的民用级铀-235;直到2019年7月,才生产出300多公斤丰度达4.5%的核电站用铀-235。这离制造原子弹还有相当的距离!
当年,美国为了制造投向广岛的原子弹,需要137磅(62公斤)的铀-235。仅分离浓缩过程就耗费了当时全国电力的10%。据统计,1944年美国投入了2万人参与建造,12,000人进行操作,花费超过5亿美元,这相对于2018年的72亿美元。
可喜的是,据已经解密的两弹一星回忆录记载,中国在上世纪80年代就能够年产1600公斤武器级核燃料。目前储备的武器级核燃料完全能满足我国有限核武库的需要量。
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