控制核武器的扩散是当今国际社会的一个重要问题．由于核燃料铀－２３５和怀－２３９可同时用于 制造核武器和核动力（指在核工业中，利用裂变聚变能提供动力）工业，这就使从核动力工业中转 移生产核武器用裂变材料成为可能，因此加强对核动力系统的安全保障，对于阻止核武器扩散是十 分必要的．二原子能的双重性及其意义原子能不仅能用于和平目的，造福于人类，而且还能用于制 造核武器．核武器的超常杀伤能力，引起了国际社会极大关注．一方面是和平利用原子能，另一方 面是控制核武器的扩散．这两方面的矛盾以及人们对和平利用核能日益增长的兴趣导致了１９５７ 年国际原子能机构（Ｉ－ＡＥＡ）的建立．该机构的主要职能之一是执行保障措施以确保用于和平 目的的核材料和设备不用于军事目的．另外自１９４５年美国拥有原子弹之后，到６０年代末，苏 联、英国、法国和中国也相继爆炸了核武器．为了防止核武器进一步扩散，导致《不扩散核武器条 约》（ＮＰＴ）于１９７０年生效．其主要宗旨是，防止核武器或其他核爆炸装置的扩散；保证无 核武器国家的和平核活动不转变成生产核武器或其他核爆炸装置；促进和平使用核能．然而，民用 核动力与核不扩散问题的矛盾始终存在．核动力工业的存在对核武器的扩散是有一定促进作用的， 它在一定程度上可使某个国家掌握生产核武器所需的技术．如：＊）提供必要的核科学技术基础； （２）拥有一批从事核能技术利用的科技人员八３）在核动力计划中，不可避免地要解决有关裂变 材料问题；（４）在核动力系统中的一些核设施（浓缩设施、
反应堆。后处理厂等）可用来生产武 器用裂变材料．因此，随着核动力技术的广泛传播，核扩散问题已成为“谁想获得核武器”，而不 是“谁具有制造核武器的能力”．一个国家是否想获得核武器主要取决于其政治动机［‘）．一个 国家一旦决定制造核武器，其最重要的技术手段是生产一定量的裂变材料．这可以通过两个途径来 实现．一种是直接进行核武器研制计划，秘密建造核设施，以生产武器用裂变材料．随着核不扩散 体制的加强以及探测手段的提高，这种途径将变得越来越困难．另一种是从民用核动力计划中转移 生产裂变材料．这正是本文要讨论的主要问题．选择第二种途径主要的政治上的优势是，核动力计 划可为其核活动提供一个合法的掩护．否则将易于被发现，招致国家社会的反对．借助于核动力计 划，可以“合理”地训练核技术人员、获得裂变材料以及建造核设施．而这些均可迅速地转用于核 武器的制造．利用民用核燃料循环转移生产武器用裂变材料有如下几种方式．２铀毛３５的扩散铀 是最基本的裂变材料，然而天然铀中，易裂变同位素铀－２３５的丰度仅占０．７％．为了实现自 持的裂变链式反应，铀、２３５的丰度必须达到一定的值．铀燃料的临界质量随着铀－２３５丰度 的降低而迅速增加．当丰度低于２０％时，其临界质量变得非常大，以致不能用于核武器（见图二 ）［２１．铀．２３５丰度低子２０％的为低浓铀（ＬＥＵ）．商业动力堆的铀－２３５丰度为２ —６％；铀－ｚ３５丰度高于２０％的为高浓铀（ＨＥＵ），它可直接用于核武器．一般武器级裂 变材料要求铀－２３５丰度大于９０％．要想得到上述的浓缩铀，必须通过同位素分离技术，即铀 浓缩技术。二·ｌ铀浓结技术的扩散ｔ’］铀浓缩技术的发展始于二战．美国为了尽快获得足够的 ＨＥＵ以制造原子弹，最早用回旋加速器来分离铀同位素，同时发展了气体扩散法．之后，气体扩 散法成了铀浓缩工业的主要方法．自７０年代，在与气体扩散技术竞争的基础上，相继提出了各种 浓缩技术，这也同时增加了铀２３５扩散的机会．２．１．１气体扩散法历史上，五个有核武器国 家大都利用气体扩散法生产武器级的高浓铀．目前，该方法仍支配着铀浓缩工业，不过，该方法不 适于小规模的核武器计划．主要原因是：（）分离系数很小，由此为生产一定量的产品需很多分离 级，这样使一般气体扩散厂占地面积很大八２）能耗大．单位分离功的耗电量约２３００—３００ ０ｋｗｈ／ｋｇＳＷＵ．（３）平衡时间较长，总滞留量较大．为从天然铀生产武器级的ＨＥＵ， 其平衡时间至少一年，这对于秘密生产ＨＥＵ是极其不利的．同时也使分批再循环获得ＨＥＵ难以 实现．上述原因使得气体扩散过程规模大、投资高和耗电量大．另外，还有一些工艺上的难度，如 要求设备具有良好的耐腐蚀性等．这对阻止核扩散是有益的．２．１．２气体瓜Ｃ法该技术在铀浓 缩工业中已开始应用．与气体扩散法相比，气体离心法主要有以下几个特点：（）分离系数大，为 获得一定丰度的浓缩铀产品，级联所需级数比气体扩散法要少得多．现在利用几百个离心机，每年 就能够生产出几枚核武器所需的ＨＥＵ．这样的设备仅占几千平方米．因此其规模和占地面积较小 八２）耗电少，比气体扩散法的小一个量级八３）平衡时间极短，总滞留量很小．因此可用一个小 的离心机进行分批再循环生产ＨＥＵ．由于上述这些特点，气体离心法很容易被用于生产武器级核 材料，２．１．３喷嘴法该技术曾得到一定的发展，但目前无实际应用．其主要特征为：（豆）每 级分离系数稍大于气体扩散法，但远小于离心法；（２）其单位分离功能耗很大，甚至大于气体扩 散法八３）工厂的尺度、总滞留量和平衡时间一般处于气体扩散法和离心法之间．由此，该法比离 心法具有较小的核扩散性．２．１．４激光分禹同位素法自７０年代早期，人们就期望激光浓缩技 术将为下一代浓缩设施提供基础．该法的主要特别是：（）浓缩系数很高八２）分离单元的尺寸较 小，由此小了总滞留量和平衡时间八３）能耗小；（４）生产工厂的投资较气体扩散和离心法小， 而且有可能利用气体扩散厂和离心厂的尾料作为原料进行分离；（５）利用其浓缩级很容易通过分 批再循环获得ＨＥＵ．原则上，在二个较小的仓库内，利用一个分子激光设施每年能够生产几枚弹 头所需的ＨＥＵ．因此，如果激光分离同位素技术在商业上可行的话，核扩散问题是相当严重的． 不过，所发展的ＡＶＬＩＳ和ＭＬＩＳ两种激光浓缩技术目前仍处在研究和发展阶段．总之，在现 存的铀浓缩技术中，气体离心法具有较大的核扩散性，应将其视为特别敏感的技术，加强对它的控 制和管理．２．２转换生产高浓铀的途径从现存的生产民用堆级核燃料的浓缩设施转换生产武器级 高浓缩铀有几种可能的途径：（１）从理论上讲，对于一定的分离功，可选择任何供料、精料和尾 料的丰度，此时，相应的物料的流量将发生改变；（２）分批再循环．首先由天然铀作供料，来生 产堆级燃料，然后利用再循环，用堆级燃料作供料，来生产高浓铀，值得注意的是，分批再循环时 ，需要停止级联运行，并清除干净其内部滞留的核燃料以便用已浓缩的铀燃料重新填满级联．这对 于平衡时间较长和总滞留较大的浓缩过程（如气体扩散法）是很耗时和昂贵的，因此是不适合的． 利用离心法或分子激光设施，分批再循环过程相当容易、便宜和快速，因此这些方法是可行的八３ ）增加级数．对于现存的设施，可通过增加级联的数目来提高精料的丰度，这可以构造一个额外的 级联连接在商业级联的顶部．在这种情形下，离心法是最适当的选择；（４）回流．根据级联理论 可知，在回流情况下，对于给定数目的分离级，产品的提取率越小，则产品的浓度越高．３怀－２ ３９的扩散到稣．２３９是另一主要的武器用裂变材料，而且有着比铀．２３５材料更大的扩散危 险性．为获得武器用高浓铀需要技术比较复杂的浓缩过程．而以铀作燃料的核动力堆中将伴随产生 大垦的怀，而且怀没有“失性”的特性．研究表明，任何级别的分离怀均是武器可用材料’‘’． 当怀－２３９浓度降低时，怀材料的临界质量只增加一倍左右（见图１）．另外，分离怀的获得是 通过对乏燃料进行化学分离进行的，这比浓缩技术要简单．３．ｌ动力反应堆怀２３９在自然界的 存量极微．但在以铀为燃料的动力堆中，铀－２３８在堆内经中于照射可转换生成大量的钛、２３ ９；２３８ＴＴ。＿、．、２３９ｔ，－－－－－２３９。；＿－－－－２３９。柠Ｕ（ｎ，Ｙ） 荧”ＵＲ－－－．－－－－柠Ｎｐ＝－－－－－－－扩Ｐｎ”““”““’‘””“”２３５，， Ｊ”’“””２１５ｄ””““随着燃料在堆内受中子照射时间增长，通过连续中子捕获或（ｎ， Ｚｎ）反应还可产生其它怀同位素：钛－２４０，钛－２４１，钛－２４２（量依次减小）．怀的 偶数同位素（怀－２４０，钛－２４２）对于核武器的设计是不利的．这主要是因为它们的自发裂 变，导致“提前点火”而降低爆炸威力．对于武器设计来说，钛２３９的浓度越高越理想，应尽量 降低怀－２４０，２４２的含量．人们常将钛－２４０含量小于７％的钛定义为武器级怀；钎－２ ４０含量介于７—１８％的怀定义为燃料级怀；怀－２４０含量大于１８％的怀定义为堆级怀．大 约８公斤怀可制造一枚核武器．提高武器用怀材料质量的一个重要途径是降低燃料的燃耗，即减少 燃料在堆中照射时间．为达到这一目标，燃料仅在堆内照射几周就迅速移出．然而对于民用动力堆 ，为从一定量裂变材料中获得较多能量，其燃耗较高，其换料时间约为互年．由于在各种动力堆处 ，均存放有铀燃料和积累着一定量的怀，因此动力堆具有一定的核扩散性．下面从核扩散角度来考 察各种动力堆的特征及转移方式．３．１．１轻水堆目前运行的大多数动力堆是轻水堆．所用的核 燃料为ＬＥＵ（２—６％），且不含怀．因此新燃料不能直接用于武器；核燃料是分立状态的燃料 组件，这有利于查数；其换料周期约为一年，换料时，反应堆需关闭并保持４—６周，这比较容易 进行安全保障二因为堆芯只有在关闭时才可接近，并且乏燃料的卸出时间是相对可预言的，而且换 料次数并不频繁．这样ＩＡＥＡ可封记反应堆压力缸以确信在没有视察员在场时没被开启，同时可安排视察员现场监督换料的情况．因为乏燃料中存在有钛，因此对乏燃料的安全保障较为重要．封隔／监视系统可实现对乏燃料的安全保障．目前，对轻水堆的安全保障是比较成功的，轻水堆是一种防核扩散功能较强的动力堆．３．１．２负载装料动力堆与轻水堆需关堆换料情况相反，还有一
More abstracts about the 核动力与核武器扩散问题