离心机技术的发展及扩散

尽管现代离心机的基本设计是由德国科学家 Gernot Zippe 开发的，但最初的铀浓缩离心机概念和应用是在 20 世纪 30—40 年代由美囯弗吉尼亚大学的高速装置专家 Jesse WBeams 提出的。20 世纪 30 年代末，Beams成功地对氯同位素进行了部分分离，此后于1941 年，他和他的同事利用离心机首次对铀同位素进行了成功分离。在上述尝试中，Beams 开发出 3 个基本设计：76.2 mm（宽）×355 mm（长）的小型次临界转子；183 mm（宽）×1000 mm（长）的次临界转
子；183 mm（宽）×3300 mm（长）的大型超临界转子。Beams 的工作引起了美国当时正在实施的“曼哈顿计划”的注意，但美国最终选择了气体扩散浓缩法。
    对 Beams 的工作感兴趣的还不只是美国人。德国在二战期间也曾开展过铀浓缩技术研究。二战结束时，前苏联从德国、奥地利和前捷克斯洛伐克网罗各种专家和专门知识，控制了全部实验室、核相关设备、铀和科学家，并把他们送往俄罗斯的各个地点，帮助前苏联制造原子弹。
    被 送 往 前 苏 联 的 德 国 科 学 家 包 括Manfred von Ardenne, Gustav Hertz, AdolfThiessen 和 Max Vollmer。他们以前都是各个实验室的负责人，为德国核武器计划的各个领域服务。其他曾在战时为军方工作，或在支持战争的公司工作过的科学家和技术人员都被关进了前苏联的隔离营。在前苏联的
核武器工作取得一些进展时，这些人便被送往前苏联的研究设施继续他们的工作。
    1946 年夏，von Ardenne 把 Zippe 从克拉斯诺雅尔斯克（Krasnogorsk）隔离营中救出，并把他带回位于 Sukhumi 的“A 研究所”。在 A 研究所，Zippe 作为转子动力学实验开发工作的负责人，直接受 Max Steenbeck 领导。A 研究所的工作包括铀同位素电磁分离研究（von Ardenne 负责），多孔膜制造技术研究（Thiessen 负责）和铀同位素分离分子技术研究（Steenbeck负责）。在曾为德国AEG公司工作过的 1 位专家帮助下，Zippe 的小组制造出了 1 台磁悬浮离心机，这台离心机的转子长约 25～30 cm、直径 22 mm、壁厚约 0.15 mm。
      Zippe 在 2000 年一次研讨会上发言时表示，早在 1952 年，他和他的小组在为前苏联工作时就已设计出使用柔性波纹管联接几个短的次临界离心机的超临界转子。据Zippe称，在此期间，他对转子进行了耐久试验，试验中 1 组共 6 台 3 m 长离心机（含 10 个直径 58 mm 短管，这些短管以柔性波纹管相
联）运行了 1000 小时以上。此后，Zippe 又在离心机内部加入了皮托管，用以提取分离出的铀，用分子泵在转子周围保持必要的真空度，并在离心机顶部增加了铝-镍环形磁铁，用作悬浮轴承。自 1956 年他离开苏联后，Zippe 开始为德国 Degussa 公司工作，研究高速转子结构，并对他的离心机设计进行了改进。一些分析家估计，德国科学家在离心机和其他核技术方面所做的贡献使前苏联的核武器研发工作加快了 5～10 年。
     在 1957 年参加一次国际会议时，Zippe意识到他的小组在前苏联的设计是多么先进，因此他便为他命名的“短转筒气体离心”技术申请了专利。此后他继续离心机的设计工作，进一步改进离心机的组合方式，研发出功率更大的超临界装置。为了最大幅度地减少材料在高转速下的变形，超临界装置使
用以马氏体钢制成的转子。
     在 1958—1960 年期间，Zippe 与 Beams同为美国效力。两个人通力合作，并与Degussa、弗吉尼亚大学、美国原子能委员会和德国原子能部交换信息。他们进行了多次离心机耐久性试验，并获得了效率达 30%的
分离功。
     1964 年，德国在 Jülich 成立了 GKT 国有公司，专门研制工业规模的、可靠和经济的铀浓缩离心机。1970 年该公司私有化。20世纪 70 年代，HoechstAG（25%）公司、RWE（ 37.5% ） 公 司 和 Preussenelektra/VEBA（37.5%）公司共同组建了 Uranit 公司。1970年 3 月 4 日，德国、荷兰和英国签署了《阿尔梅罗条约》，该条约成为上述三国开发和工业利用离心铀浓缩技术的合作基石。
   1971 年，3 个工业伙伴——英国核燃料公司（BNFL）、荷兰超离心公司（UCN）和德国 Uranit 公司在英国 Marlow 联合组建了专门为市场提供浓缩服务的欧洲铀浓缩公司（Urenco）。到 2004 年，三家 Urenco 伙伴已成功开发出从年分离能力为1 SWU/a或更低的早期低功率次临界铝制和钢制气体离心机，到年分离能力为 100 SWU/a 并采用先进碳纤维技术的高效超临界离心机。