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外國離心機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程

盡管現(xiàn)代離心機(jī)的基本設(shè)計(jì)是由德國科學(xué)家GernotZippe開發(fā)的,但初的鈾濃縮離心機(jī)概念和應(yīng)用是在20世紀(jì)30—40年代由美囯弗吉尼亞大學(xué)的高速裝置專家JesseWBeams提出的。20世紀(jì)30年代末,Beams成功地對(duì)氯同位素進(jìn)行了部分分離,此后于1941年,他和他的同事利用離心機(jī)**對(duì)鈾同位素進(jìn)行了成功分離。在上述嘗試中,Beams開發(fā)出3個(gè)基本設(shè)計(jì):76.2mm(寬)×355mm(長)的小型次臨界轉(zhuǎn)子;183mm(寬)×1000mm(長)的次臨界轉(zhuǎn)子;183mm(寬)×3300mm(長)的大型超臨界轉(zhuǎn)子。Beams的工作引起了美國當(dāng)時(shí)正在實(shí)施的“曼哈頓計(jì)劃”的注意,但美國終選擇了氣體擴(kuò)散濃縮法。

對(duì)Beams的工作感興趣的還不只是美國人。德國在二戰(zhàn)期間也曾開展過鈾濃縮技術(shù)研究。二戰(zhàn)結(jié)束時(shí),前蘇聯(lián)從德國、奧地利和前捷克斯洛伐克網(wǎng)羅各種專家和專門知識(shí),控制了全部實(shí)驗(yàn)室、核相關(guān)設(shè)備、鈾和科學(xué)家,并把他們送往俄羅斯的各個(gè)地點(diǎn),幫助前蘇聯(lián)制造原子彈。

被送往前蘇聯(lián)的德國科學(xué)家包括ManfredvonArdenne,GustavHertz,AdolfThiessen和MaxVollmer。他們以前都是各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人,為德國核武器計(jì)劃的各個(gè)領(lǐng)域服務(wù)。其他曾在戰(zhàn)時(shí)為軍方工作,或在支持戰(zhàn)爭的公司工作過的科學(xué)家和技術(shù)人員都被關(guān)進(jìn)了前蘇聯(lián)的隔離營。在前蘇聯(lián)的核武器工作取得一些進(jìn)展時(shí),這些人便被送往前蘇聯(lián)的研究設(shè)施繼續(xù)他們的工作。

1946年夏,vonArdenne把Zippe從克拉斯諾雅爾斯克(Krasnogorsk)隔離營中救出,并把他帶回位于Sukhumi的“A研究所”。在A研究所,Zippe作為轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)工作的負(fù)責(zé)人,直接受MaxSteenbeck領(lǐng)導(dǎo)。A研究所的工作包括鈾同位素電磁分離研究(vonArdenne負(fù)責(zé)),多孔膜制造技術(shù)研究(Thiessen負(fù)責(zé))和鈾同位素分離分子技術(shù)研究(Steenbeck負(fù)責(zé))。在曾為德國AEG公司工作過的1位專家?guī)椭?,Zippe的小組制造出了1臺(tái)磁懸浮離心機(jī),這臺(tái)離心機(jī)的轉(zhuǎn)子長約25~30cm、直徑22mm、壁厚約0.15mm。

Zippe在2000年一次研討會(huì)上發(fā)言時(shí)表示,早在1952年,他和他的小組在為前蘇聯(lián)工作時(shí)就已設(shè)計(jì)出使用柔性波紋管聯(lián)接幾個(gè)短的次臨界離心機(jī)的超臨界轉(zhuǎn)子。據(jù)Zippe稱,在此期間,他對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了耐久試驗(yàn),試驗(yàn)中1組共6臺(tái)3m長離心機(jī)(含10個(gè)直徑58mm短管,這些短管以柔性波紋管相聯(lián))運(yùn)行了1000小時(shí)以上。此后,Zippe又在離心機(jī)內(nèi)部加入了皮托管,用以提取分離出的鈾,用分子泵在轉(zhuǎn)子周圍保持必要的真空度,并在離心機(jī)頂部增加了鋁-鎳環(huán)形磁鐵,用作懸浮軸承。自1956年他離開蘇聯(lián)后,Zippe開始為德國Degussa公司工作,研究高速轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),并對(duì)他的離心機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。一些分析家估計(jì),德國科學(xué)家在離心機(jī)和其他核技術(shù)方面所做的貢獻(xiàn)使前蘇聯(lián)的核武器研發(fā)工作加快了5~10年。

在1957年參加一次國際會(huì)議時(shí),Zippe意識(shí)到他的小組在前蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)是多么先進(jìn),因此他便為他命名的“短轉(zhuǎn)筒氣體離心”技術(shù)申請(qǐng)了**。此后他繼續(xù)離心機(jī)的設(shè)計(jì)工作,進(jìn)一步改進(jìn)離心機(jī)的組合方式,研發(fā)出功率更大的超臨界裝置。為了大幅度地減少材料在高轉(zhuǎn)速下的變形,超臨界裝置使用以馬氏體鋼制成的轉(zhuǎn)子。

在1958—1960年期間,Zippe與Beams同為美國效力。兩個(gè)人通力合作,并與Degussa、弗吉尼亞大學(xué)、美國原子能委員會(huì)和德國原子能部交換信息。他們進(jìn)行了多次離心機(jī)耐久性試驗(yàn),并獲得了效率達(dá)30%的分離功。

1964年,德國在Jülich成立了GKT國有公司,工業(yè)規(guī)模的、可靠和經(jīng)濟(jì)的鈾濃縮離心機(jī)。1970年該公司私有化。20世紀(jì)70年代,HoechstAG(25%)公司、RWE(37.5%)公司和Preussenelektra/VEBA(37.5%)公司共同組建了Uranit公司。1970年3月4日,德國、荷蘭和英國簽署了《阿爾梅羅條約》,該條約成為上述三國開發(fā)和工業(yè)利用離心鈾濃縮技術(shù)的合作基石。

1971年,3個(gè)工業(yè)伙伴——英國核燃料公司(BNFL)、荷蘭超離心公司(UCN)和德國Uranit公司在英國Marlow聯(lián)合組建了專門為市場提供濃縮服務(wù)的歐洲鈾濃縮公司(Urenco)。到2004年,三家Urenco伙伴已成功開發(fā)出從年分離能力為1SWU/a或更低的早期低功率次臨界鋁制和鋼制氣體離心機(jī),到年分離能力為100SWU/a并采用先進(jìn)碳纖維技術(shù)的高效超臨界離心機(jī)。

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