离心机浓缩铀

浓缩铀是困难的,因为同位素在化学上几乎相同,重量也非常相似:U-235仅比U-238轻1.26%。离心机中的分离效率取决于重量差异。铀同位素分离需要一个离心机,可以在每1500转旋转第二(90,000 RPM)。如果我们假定转子直径为20厘米(实际转子直径可能更小),则这对应于大于马赫2(马赫1 = 340米/秒)的线性速度。为了比较,自动洗衣机在旋转循环期间仅以约1225转/分钟(720-1500RPM)运转,而汽车涡轮增压器中的涡轮机可以达到每秒约2500-3333转(150,000-200,000 RPM)。
 
Zippe型离心机有一个中空的圆柱形转子,内装六氟化铀形式的气态铀。转子底部的脉动磁场与电动机中使用的类似,能够快速旋转,使U-238向边缘抛射。更轻的U-235收集在中心附近。气体混合物的底部被加热,产生使U-238向下移动的对流。U-235向上移动,勺子将其收集起来。每台离心机都有一个入口和两个输出管线(对应于重质和轻质部分)。
 
在高速旋转时,气体被压缩靠近转子壁。转子的长度可能有几米(直径可能小于10厘米),转子顶部和底部之间的温度梯度为300°C会产生很强的对流。另外,产生的非常强大的科里奥利力增加了分离效率。
 
为了减少摩擦,转子在真空中旋转。甲磁轴承保持转子的顶部稳定,而的物理接触是针状轴承,转子坐在。三条气体管线**与固定轴线同心,因为外缘很快旋转,密封非常重要。
 
科学家从苏联囚禁于1956年释放后[澄清需要],杰诺·齐彭惊讶地发现,在西方工程师们多年落后于他们的离心机技术。他能够在美**弗吉尼亚大学重现他的设计,公布结果,即使苏联人没收了他的笔记。拉齐普被禁止继续他的研究时离开了美**:美**人把这项工作归类为秘密,要求他要么成为美**公民(他拒**),要么回到欧洲,要么放弃他的研究。他回到欧洲,在20世纪60年代,他和他的同事们通过将转子的材料从铝转变为强度更高的称为马氏体时效钢的合金,从而提高了转速,从而提高了离心机的效率。商业公司Urenco使用这种改进的离心机设计来生产用于核电站的浓缩铀燃料。
 
先进Zippe型离心机的确切细节是密切关注的秘密,但通过延长离心机的效率并提高其旋转速度可以提高离心机的效率。为了这样做,甚更强的材料,如碳纤维-reinforced 复合材料中,被使用; 和各种技术被用来避免力引起破坏性振动,包括使用的灵活的“波纹管”,以允许转子的受控弯曲,以及仔细速度控制,以确保该离心机不适合的速度,其中操作很长的谐振是一个问题。
 
Zippe型离心机很难成功建造,需要仔细加工零件。然而,与其他浓缩方法相比,它更便宜和更节能,并且可以用于相对保密。这使它成为秘密核武器计划的理想选择,并可能增加核扩散的风险。与气体扩散装置不同,离心机叶栅在任何时候都有少得多的材料。