浓缩铀

天然铀中铀-235比例被人工提高的核燃料物质，是核能发电与核武器的核心物质。

浓缩铀

概述

浓缩铀（Enriched Uranium）是一种将天然铀中所含铀-235（235U）同位素比例人为提高的核燃料物质。天然铀的235U浓度仅为约0.711%，但将其提高至3~5%水平即可用作商业轻水堆燃料，提高至20%以上则可用于研究用反应堆、海军推进反应堆及核武器材料。因此，浓缩铀是兼具民用能源供应与核扩散风险这两重相反性质的战略物资。

主要内容

定义与基本原理

铀在自然界中主要以两种同位素存在。易于引发核裂变的235U约占0.711%，而仅吸收热中子的238U约占99.284%。要在反应堆中维持链式反应，就必须提高235U的比例，这一过程称为浓缩（enrichment）。浓缩的核心指标是分离功单位（SWU，Separative Work Unit）；即便浓缩度相同，所需的SWU也会因投入铀量与残留物（贫化铀）浓度不同而不同。浓缩度越高，所需分离功单位便呈几何级数增长。

浓缩方法

气体扩散法（Gaseous Diffusion）：使六氟化铀（UF6）气体通过多孔隔膜，利用较轻的235U扩散稍快的性质进行分离。该方法曾是早期商业浓缩的主力，但因耗电量巨大而大多被淘汰。
气体离心法（Gas Centrifuge）：利用在高速旋转的离心机中较重的238U向外侧聚集的原理。其电力效率高，占当今世界浓缩能力的绝大部分。
激光浓缩法（AVLIS、SILEX）：用激光选择性地仅使特定同位素离子化后进行分离。能源效率高，但技术难度大且存在扩散担忧。
电磁分离法（卡留管）：利用质谱仪原理的早期方式，曼哈顿计划时期曾用于生产武器级铀。

按浓缩度分类

天然铀：235U约0.711%
低浓缩铀（LEU）：低于20%。商业轻水堆燃料为3~5%，研究用反应堆为12~19.75%
HALEU（High-Assay LEU）：5~20%区间。作为下一代反应堆与SMR燃料而备受关注
高浓缩铀（HEU）：20%以上。用于研究用反应堆、海军推进、核武器，武器级通常为90%以上

在核燃料循环中的位置

遵循铀矿开采 → 精炼（黄饼，U3O8） → UF6转化 → 浓缩 → UO2再转化 → 燃料棒制造 → 反应堆装料 → 乏燃料贮存·处置（或后处理）的顺序。浓缩是该循环中决定235U比例的核心工序，并与后处理一同被列为核扩散敏感技术。

国际管制与防扩散

浓缩设施与技术是《不扩散核武器条约》（NPT）、国际原子能机构（IAEA）保障监督以及核供应国集团（NSG）出口管制的核心对象。20%这一基准线发挥着实质性的防扩散界线作用，IAEA通过计量、封记与监视摄像头，从铀矿到浓缩设施全程追踪。伊朗核协议（JCPOA）曾将浓缩度限制在3.67%，此后伊朗的60%浓缩成为国际社会最大的争议焦点。附加议定书则允许对未申报设施进行接触，是阻断浓缩活动隐匿的机制。

安全与防护

浓缩铀不仅涉及辐射防护，还伴随临界安全（criticality safety）、UF6的化学毒性以及实物保护问题。HEU可能成为恐怖组织的目标，因此尽量减少高浓铀使用（HEU minimization）的政策正在扩散，研究用反应堆的LEU转换以及乏HEU回收·稀释项目也在推进之中。

浓缩铀

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