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兰州,一座被黄河孕育的城市,我国核工业铀浓缩生产的“摇篮”──中核兰州铀浓缩有限公司(简称“兰铀公司”)诞生于此。
1958年开始建设的兰铀公司原名五〇四厂,是“一五”期间前苏联援建156个项目之一。五〇四厂1964年1月14日第一次生产出合格的铀浓缩产品,曾先后为我国第一颗原子弹、第一艘核潜艇、第一座核电站提供燃料。
核燃料生产依托核工业体系
进入生产车间,里面的景象完全不同于传统意义上的大型工厂,目光所及之处,不是什么大型生产设备,而是整齐排列在车间里的一排排“暖瓶”。兰铀公司党委书记姚新民告诉记者,这就是离心机,浓缩铀就是靠这种貌似“暖瓶”的装置浓缩而成的。
姚新民介绍
化学元素中第92个元素是铀,铀是同位素,分别有铀-238、铀-235、铀-234和铀-236,其中只有铀-235可以发生裂变反应,也就是核电站所需的燃料。
但在自然界中,铀-235的含量是0.711%,铀-238的含量99%,兰铀公司所做就是把自然界中0.711%含量的铀-235的浓度提高到核电站所需的3%~5%之间。兰铀公司的生产过程是一个物理过程,不改变物质的化学性质,原料是六氟化铀,产品依然是它,只是提高其浓度。
姚新民表示,核工业是一个完整的体系,目前全国任何一个涉核工厂都无法独立做出核电站所需燃料,核燃料的生产是核工业这一完整体系运转最终的结果。
核工业的基础有五厂三矿,各厂矿各司其职,从地质、矿冶得到黄饼后送入到四〇四厂进行铀转化,而四〇四厂生产的产品就是兰铀公司的原料,浓缩后的铀是兰铀公司的产品同时又是二〇二产的原料,二〇二厂利用浓缩后的铀生产核燃料原件,送去核电站发电,废料在运往四〇四厂进行后处理,形成一套核工业的完整体系。
我国已掌握最先进铀浓缩技术
记者在车间控制室看到,控制室内百余台电脑却只有七八个工作人员,面对如此“高、精、尖”的工厂,几个员工能应付得了吗?
工作人员告诉记者,工厂设备为全自动化操作,如果发生安全问题,系统能够自动调控,即使出现不能自动恢复生产的情况,也只是会影响产量,不会有辐射泄露等安全隐患,所有操作均已实现远程操作。
“这是目前最先进的铀浓缩技术。”姚新民向记者介绍,离心机高速运转的速度为每秒1550转,通过高速旋转,把铀-235与铀-238甩开,我国所用是小型离心机,每台离心机生产能力为每年3.5公斤分离功,通过并联与串联的方式把上千台离心机联在一起,来提高六氟化铀的浓度与生产效率。欧洲目前采用大型离心机,每台几十公斤甚至上百公斤。
据了解,世界上目前规模化生产有两种方法。最原始的方法是扩散法,由于能耗大,效率低,逐步被淘汰,由离心法逐步代替,离心法每公斤分离功单位耗能(电)是扩散法的二十四分之一,提高效率的同时降低了成本,综合成本下降近一半。
兰铀公司最初也使用扩散法生产,扩散法基本原理是热分子运动的原理,在机器中有很多膜片,膜片上有以纳米为单位的膜孔,在每平方厘米的膜片上有肉眼看不到的几十万个小孔。由于铀-235与铀-238只差3个分子量,同时过一级膜片时,如同电影院散场时出门,胖子的难度总是高于瘦子。铀-235与铀-238同时过膜片时,铀-235过去的几率就大一些(专业叫浓缩系数)。通过一级浓缩后,铀-235的浓度就有所提高,通过几千级的扩散,把铀-235的浓度提高到所需浓度。
自主创新浓缩铀逐步走向海外
长期以来我国铀浓缩都是依靠扩散分离技术,落后于国外水平。兰铀公司建厂之初,设备由俄罗斯(前苏联)进口,能耗高、产能低,通过改造,到2000年实现关键技术突破,完成一厂变两厂。
2000年改为离心法,离心机的装备除第一批是由俄罗斯提供之外,随后装备均由我国自主完成。目前已完成三期厂房建设,正在筹建四期厂房。
2013年6月,兰铀公司宣布我国核工业关键的铀浓缩技术完全实现自主化和工业化应用,标志着我国成为自主掌握铀浓缩技术的国家。兰铀公司在采取与推广应用高科技核技术、核工艺、核材料等方面积累宝贵经验,同时企业产能逐步释放,我国核燃料基地建设渐入佳境。
兰铀公司高级工程师 张敏谦:我国核电产业发展迅速,预计到2020年在运核电将达到5800万千瓦,兰铀公司作为全国最大的铀浓缩生产基地,浓缩能力基本与核电匹配发展,满足这一装机量不成问题。从2015年开始,兰铀公司生产的浓缩铀产品不仅可满足国内发展需求,而且已经与我国其他核技术一起走出国门,面向海外市场。
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