離心法制備穩(wěn)定同位素綜述

謝全新，王黎明

(1.核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180；2.粒子輸運(yùn)與富集技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300180；3.國防科技工業(yè)核材料技術(shù)創(chuàng)新中心，天津 300180)

同位素分為放射性同位素和穩(wěn)定同位素。穩(wěn)定而不具有放射性的同位素叫做穩(wěn)定同位素。然而即使是所謂的穩(wěn)定同位素，它們也進(jìn)行衰變，只是衰變的半衰期非常大，有的穩(wěn)定同位素核的半衰期甚至超過了1024年。因此，一般把半衰期超過109年的同位素稱作穩(wěn)定同位素[1]。

穩(wěn)定同位素應(yīng)用是核技術(shù)應(yīng)用的重要方向之一，穩(wěn)定同位素被廣泛應(yīng)用于核能、公共安全、環(huán)境、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及基礎(chǔ)科研等各個領(lǐng)域。隨著穩(wěn)定同位素分離技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)定同位素甚至是極高豐度的穩(wěn)定同位素的獲取變得越來越容易，這更進(jìn)一步促進(jìn)了穩(wěn)定同位素的應(yīng)用。目前穩(wěn)定同位素的應(yīng)用具有以下趨勢。

應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。在20世紀(jì)80年代，世界上70%的穩(wěn)定同位素用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)林和食品安全領(lǐng)域，比較典型的是碳、氮、氧等同位素的應(yīng)用[1-2]?，F(xiàn)在這種形式發(fā)生了改變，穩(wěn)定同位素開始應(yīng)用于新的領(lǐng)域，比如136Xe、100Mo、76Ge、82Se被大量應(yīng)用于無中微子雙β衰變試驗(yàn)[3-6]。貧化64Zn同位素被應(yīng)用于核工業(yè)，用來降低核電站來源于60Co的高能伽馬射線，從而大大降低核電站工作人員所受的輻射。28Si被應(yīng)用于微電子行業(yè)，用來制作半導(dǎo)體器件，以提高器件的熱導(dǎo)率和電子遷移率，從而提高器件的性能和使用壽命。

同位素產(chǎn)品需求量越來越大。隨著穩(wěn)定同位素分離技術(shù)的發(fā)展，同位素產(chǎn)品成本逐步下降，同位素的大量使用成為可能，比如用于無中微子雙β衰變試驗(yàn)的100Mo、76Ge、82Se、用于空間探測的184W同位素達(dá)到100公斤級，而用于無中微子雙β衰變試驗(yàn)的136Xe以及用于反應(yīng)堆的貧化64Zn同位素潛在需求量可能達(dá)到噸級。

本文將對穩(wěn)定同位素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并簡單介紹幾種穩(wěn)定同位素分離方法的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)對離心法分離穩(wěn)定同位素的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)以及國內(nèi)外研發(fā)情況進(jìn)行闡述。

1 穩(wěn)定同位素統(tǒng)計(jì)及常用分離方法

穩(wěn)定化學(xué)元素共有82種(不包括鈾元素)，包含284種穩(wěn)定同位素，其中21種是單組分的，如鈹、氟、鈉等元素。剩下的61種化學(xué)元素總共含有263種穩(wěn)定同位素，如表1所示。穩(wěn)定同位素的質(zhì)量數(shù)從1到209，但是質(zhì)量數(shù)為5和8的穩(wěn)定同位素空缺，自然界不存在這兩種穩(wěn)定同位素[2]。

表1 穩(wěn)定同位素統(tǒng)計(jì)Table 1 Stable isotope statistics

目標(biāo)同位素是否為邊緣組分(最輕或最重的組分)是許多同位素分離方法最關(guān)心的因素。如果目標(biāo)同位素為邊緣組分將大大降低分離難度。22種化學(xué)元素具有雙組分同位素，它們所含的同位素都是邊緣組分；另外39種化學(xué)元素具有三種或三種以上同位素組分，其中邊緣組分為78種，因此在263種可進(jìn)行分離的穩(wěn)定同位素中，有122種屬于邊緣組分，約占其總量46%。

每一種化學(xué)元素的兩相鄰?fù)凰刂g的質(zhì)量數(shù)差值為1或2，只有鈾同位素是一個例外，同位素235U與238U質(zhì)量數(shù)差值為3，由于鈾元素不歸入穩(wěn)定同位素，因此可以認(rèn)為任何一種穩(wěn)定的化學(xué)元素，其兩相鄰?fù)凰刂g的質(zhì)量數(shù)差值為1或2。

元素周期表里面列出了同位素組分的天然含量。但是對于某些元素，根據(jù)所取樣品的地理位置不同，其同位素組分的含量也略有差異，這主要是由于地化與放射過程形成的。相對而言，在輕元素當(dāng)中，重組分的天然豐度比較低；而在重元素當(dāng)中，情形剛好相反，即輕組分含有較低的天然豐度。比如124Xe，112Sn，123Te的天然豐度都比較低。

所謂穩(wěn)定同位素分離就是把某一元素的穩(wěn)定同位素混合物相互分開，使其中一種或兩種以上同位素的豐度提高到一定程度(即高于天然豐度)。常用的穩(wěn)定同位素分離方法有電磁法、氣體擴(kuò)散法、熱擴(kuò)散法、蒸餾法、化學(xué)交換法、激光法以及氣體離心法。

電磁法的優(yōu)點(diǎn)是對于不同質(zhì)量的輕、重同位素，原則上都可以應(yīng)用此方法分離，而且一次分離就可以得到很高豐度的同位素產(chǎn)品。這種分離方法主要缺點(diǎn)是同位素產(chǎn)能極低。因此該方法主要用于制備純度高、需求量小的金屬元素的穩(wěn)定同位素。氣體擴(kuò)散法能大規(guī)模生產(chǎn)同位素，但設(shè)備占地面積大，廠房龐大，耗電量驚人，曾經(jīng)是規(guī)?；a(chǎn)鈾同位素分離的主要方法，現(xiàn)在已經(jīng)逐步退出歷史舞臺。熱擴(kuò)散法產(chǎn)能低、能耗大，不適于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，主要用于稀有氣體同位素分離。蒸餾法是分離液體混合物的經(jīng)典方法，可分為簡單蒸餾和精餾兩種，根據(jù)操作壓力和溫度的不同，又可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、真空精餾和低溫精餾。蒸餾法簡單可靠，至今仍是生產(chǎn)穩(wěn)定輕同位素?cái)?shù)量最多的方法。化學(xué)交換法分離系數(shù)大、能耗低，所以同位素生產(chǎn)成本較低，跟蒸餾法一樣，是分離輕同位素的主要方法之一。激光法是激光技術(shù)和核技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的一種分離同位素的方法，具有分離系數(shù)高、耗電小、成本低等特點(diǎn)，俄羅斯用激光法實(shí)現(xiàn)分離的穩(wěn)定同位素達(dá)十幾種，但產(chǎn)量不大，沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)。離心法具有能耗低、經(jīng)濟(jì)性好、能靈活實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)等特點(diǎn)，但主要用來分離中等或重同位素，對于碳、氮、氧等輕同位素的分離，經(jīng)濟(jì)性上不具競爭優(yōu)勢。

2 離心法分離同位素基本原理

離心法分離同位素的基本原理是通過轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部產(chǎn)生離心力場，輕重組分在離心力場中沿轉(zhuǎn)子的徑向壓強(qiáng)分布存在差異，使軸線附近輕組分相對富集，而邊壁處重組分相對富集，如圖1所示。由此產(chǎn)生了徑向分離效應(yīng)。

圖1 輕重組分沿轉(zhuǎn)子徑向的壓強(qiáng)分布Fig.1 Radial pressure distribution of light and weigh components

為了進(jìn)一步提高分離效應(yīng)，需設(shè)法在轉(zhuǎn)子內(nèi)氣體上加上一個沿軸向的逆向環(huán)流(圖2)，使徑向分離效應(yīng)在軸向上得以倍增，從而提高離心機(jī)的分離系數(shù)。

圖2 軸向環(huán)流示意圖Fig.2 Schematic diagram of an axial circulation flow

離心機(jī)的倍增原理可以解釋如下：由于轉(zhuǎn)子內(nèi)存在逆向流動，軸線附近的氣體向上流，側(cè)壁附近的氣體向下流。這樣，輕組分向上流的多，重組分向下流得多。因此，在轉(zhuǎn)子上端輕組分越來越多，在下端重組分越來越多，產(chǎn)生了沿軸向的豐度梯度。與此同時，在反擴(kuò)散作用下，輕組分向上擴(kuò)散，重組分向下擴(kuò)散。當(dāng)對流和反擴(kuò)散所產(chǎn)生的軸向輸運(yùn)量達(dá)到動態(tài)平衡時，豐度不再變化，從而實(shí)現(xiàn)豐度沿軸向的倍增效應(yīng)。

離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括電機(jī)、外套筒、轉(zhuǎn)子、軸承、供料裝置、精取料器以及貧取料器。在電機(jī)的帶動下，轉(zhuǎn)子在高真空的外套筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，從而在轉(zhuǎn)子內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場。氣體通過供料裝置供入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，在轉(zhuǎn)子下端得到富集的輕組分由精取料器取出，而在轉(zhuǎn)子上端得到富集的重組分通過貧取料器取出。

圖3 離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of a centrifuge structure

由于單臺離心機(jī)的分離能力有限，同位素分離任務(wù)靠單臺離心機(jī)是不可能完成的，必須借助一定規(guī)模的離心級聯(lián)。對于穩(wěn)定同位素分離，一般采用各級流量相等的矩形級聯(lián)。級聯(lián)包括三股流，即供料流F，精料流P和貧料流W，如圖4所示。除了兩個端部分離級，級聯(lián)中的其他每一級的供料由其上一級的精料和下一級的貧料匯合而成。供料級到精料端的級聯(lián)區(qū)域叫濃縮區(qū)，而供料級到貧料端的級聯(lián)區(qū)域叫貧化區(qū)。對鈾同位素分離而言，同位素產(chǎn)品從精料端取出，而尾料(或貧料)從貧料端取出，但對穩(wěn)定同位素來說，精料端和貧料端是相對的，根據(jù)分離任務(wù)的不同，同位素產(chǎn)品可能從精料端獲取，也可能從貧料端獲取。

上述矩形級聯(lián)雖沒有鈾同位素分離所采用的階梯級聯(lián)或?qū)蛹芗壜?lián)效率高，但通用性強(qiáng)，可以應(yīng)對不同的分離任務(wù)。一般而言，矩形級聯(lián)的長度或級數(shù)決定同位素產(chǎn)品豐度，而寬度即每級的裝機(jī)量，決定物料處理能力，最終決定同位素產(chǎn)能。根據(jù)實(shí)際分離任務(wù)，級聯(lián)規(guī)模可從幾百臺、幾千臺到上萬臺。

3 離心法分離穩(wěn)定同位素的技術(shù)特點(diǎn)

離心法分離穩(wěn)定同位素具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

第一，氣體離心法相對于其他分離方法具有較高的經(jīng)濟(jì)性，對于鈾同位素分離，離心法早已被證明是最有效的分離方法，目前世界上大部分鈾濃縮工廠都采用離心分離技術(shù)。上世紀(jì)六十年代，原蘇聯(lián)開始用離心法分離穩(wěn)定同位素，經(jīng)過幾十年的探索與實(shí)踐，到目前為止，已經(jīng)用離心法分離了20多種元素的穩(wěn)定同位素，并證明了離心法分離穩(wěn)定同位素具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

圖4 矩形級聯(lián)示意圖Fig.4 Schematic diagram of a square cascade

第二，離心法對分離工質(zhì)有嚴(yán)格要求，作為離心機(jī)的工作介質(zhì)，不管是單質(zhì)還是化合物，必須在常溫下為氣態(tài)，或是能達(dá)到較高飽和蒸氣壓的可揮發(fā)性液態(tài)，抑或是可升華的固態(tài)，無論如何供入離心機(jī)內(nèi)的工作物質(zhì)必須是氣態(tài)。除此之外，離心法對分離工作介質(zhì)還有如下特殊要求[3]。

① 有較高的熱穩(wěn)定性，由于離心機(jī)有些部位工作溫度較高，作為工作氣體，必須在較高溫度下不分解，以保證同位素分離順利進(jìn)行。

② 化學(xué)性質(zhì)不能太活潑，與離心機(jī)及其附屬設(shè)備材料等不發(fā)生反應(yīng)，以保證設(shè)備安全。

③ 無毒或毒性較小，以保證人身安全。

④ 要求有較大的相對分子質(zhì)量，且分子中被分離的元素占比盡可能大。

⑤ 分子中除所需分離的元素外，其他同位素最好是單同位素元素(如F、P)。

當(dāng)然任何一種工作介質(zhì)，很難或不可能同時滿足以上全部要求，但前兩項(xiàng)要求必須滿足，其他各項(xiàng)要求則是盡量在比較中選優(yōu)?？晒┻x擇的適合離心法分離的工作介質(zhì)列于表2，包括氟化物，氟氧化物、金屬有機(jī)物、惰性氣體、鹵化物、π-絡(luò)合物以及氧化物。

表2 離心分離工作物質(zhì)Table 2 Working substances for centrifuges

第三，離心法分離穩(wěn)定同位素，必須同時解決產(chǎn)品的豐度和純度問題。在大部分穩(wěn)定同位素應(yīng)用領(lǐng)域，對同位素產(chǎn)品的豐度和純度有非常嚴(yán)格的要求，產(chǎn)品的豐度可以通過級聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)確調(diào)節(jié)與控制級聯(lián)工況來實(shí)現(xiàn)。而產(chǎn)品的純度必須通過對初始原料、中間物料以及最終產(chǎn)品的凈化來實(shí)現(xiàn)，這需要行之有效的凈化手段和設(shè)備。

第四，離心法分離穩(wěn)定同位素，必須有切實(shí)可行的質(zhì)譜分析手段。對于某一種穩(wěn)定同位素分離，可選用的分離工質(zhì)可能有好幾種，但并不是每一種工質(zhì)都能很方便地進(jìn)行質(zhì)譜分析，在這種情況下，要選擇質(zhì)譜分析最簡單、最有效的工質(zhì)，這樣才能使穩(wěn)定同位素分離的中間產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品得到及時準(zhǔn)確的質(zhì)譜信息。

第五，離心法分離穩(wěn)定同位素，必須建立成熟的化工轉(zhuǎn)化工藝。由于離心法對分離工質(zhì)有特殊要求，因此針對某種元素的同位素分離，先要合成含有該元素的適合離心分離的化合物。完成分離過程之后，再將該化合物轉(zhuǎn)化成客戶所需的化學(xué)形態(tài)。比如分離鋅同位素時，先要合成適合離心分離的二乙基鋅，然后再將二乙基鋅轉(zhuǎn)化為氧化鋅。

4 國內(nèi)外研發(fā)情況

離心分離穩(wěn)定同位素技術(shù)的研發(fā)集中在離心技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的國家，主要包括俄羅斯、Urenco公司(英國、荷蘭、德國)和中國。

4.1 俄羅斯

前蘇聯(lián)鈾濃縮用離心機(jī)的研制成功以及上世紀(jì)60年代世界上第一個離心工廠在上涅伊溫斯基市(現(xiàn)在的烏拉爾電化學(xué)聯(lián)合企業(yè)，新烏拉爾斯克市)的啟動，促進(jìn)了離心法分離非鈾同位素技術(shù)的開展。用針對鈾同位素而研制的離心機(jī)來生產(chǎn)穩(wěn)定同位素的倡議是前蘇聯(lián)鈾同位素濃縮項(xiàng)目的學(xué)術(shù)帶頭人基科因(И.К.Кикоин)提出的。最初的六氟化鉬與六氟化鎢的同位素分離實(shí)驗(yàn)研究在已批量生產(chǎn)的鈾濃縮用氣體離心機(jī)上得以實(shí)現(xiàn)。

用于穩(wěn)定同位素分離的化合物的相對分子質(zhì)量與六氟化鈾有顯著差別，有必要對離心機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，且其結(jié)構(gòu)及工作參量的優(yōu)化必須考慮所用工作物質(zhì)的物化性質(zhì)。用于穩(wěn)定同位素分離的專用離心機(jī)的研制工作由庫爾恰托夫原子能研究院、中央機(jī)械制造設(shè)計(jì)局(列寧格勒市，現(xiàn)圣比得堡市)完成。從20世紀(jì)70年代初到本世紀(jì)初的30年時間內(nèi)，研發(fā)了15種專用于穩(wěn)定同位素分離的離心機(jī)型，分離工質(zhì)的相對分子質(zhì)量區(qū)間涵蓋28到350的范圍，且離心機(jī)的分離效率得到了成倍提高。圖5展示的是俄羅斯在不同時期穩(wěn)定同位素離心機(jī)的效率及其分離工質(zhì)的相對分子質(zhì)量范圍。

圖5 俄羅斯穩(wěn)定同位素離心機(jī)效率Fig.5 Efficiency of centrifuges for stable isotope separation in Russia

1971—1972年，在電化學(xué)工廠建立了穩(wěn)定同位素鐵的獨(dú)特的離心分離工藝并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，當(dāng)時在世界上是第一次。此后的30多年，俄羅斯離心法分離穩(wěn)定同位素走過了從單機(jī)實(shí)驗(yàn)到建立幾千臺規(guī)模的級聯(lián)裝置的發(fā)展道路。在不同的級聯(lián)裝置上，實(shí)現(xiàn)了十克量級到百公斤量級的同位素分離。在前蘇聯(lián)以及后來的俄羅斯，離心法非鈾同位素分離成為了一個獨(dú)立的分離工業(yè)部門，具有生產(chǎn)各種同位素以及化合物的獨(dú)特能力。目前為止，俄羅斯已經(jīng)成功分離了氧、碳、硅、硫、氯、鈦、鉻、鐵、鎳、鋅、鍺、硒、氪、鉬、溴、鎘、錫、碲、氙、鎢、鉛、鋨、鐿、釩等20多種元素的同位素。這些元素中的160多種同位素得到了濃縮，并被應(yīng)用到不同領(lǐng)域。

電化學(xué)工廠已成為俄羅斯乃至世界上最大的離心法穩(wěn)定同位素生產(chǎn)商。除了電化學(xué)工廠(ECP)、庫爾恰托夫研究院(PRC KI)、全俄實(shí)驗(yàn)物理科學(xué)研究院(薩羅夫市，Sarov)以及位于圣比得堡和下諾夫哥羅德另外兩個設(shè)計(jì)局(SGCE和GAZ)都建有穩(wěn)定同位素分離的離心裝置。俄羅斯離心法分離穩(wěn)定同位素單位及其所占份額如圖6所示。其中ECP生產(chǎn)的穩(wěn)定同位素約占俄羅斯總量的四分之三。ECP可向國際市場提供幾十種穩(wěn)定同位素產(chǎn)品。PRC KI以及位于薩羅夫(Sarov)的分離工廠各占10%，其他兩家生產(chǎn)單位所占份額相對較少，各占4%和2%。俄羅斯生產(chǎn)的穩(wěn)定同位素在國際上總占有量達(dá)到85%左右[4]。

圖6 俄羅斯離心法穩(wěn)定同位素生產(chǎn)商Fig.6 Russian producers of stable isotopes by centrifugal method

4.2 Urenco公司

Urenco公司是鈾濃縮聯(lián)合公司的英文縮寫。西歐三國(英國、荷蘭、德國)早在上世紀(jì)50年代末就開始各自發(fā)展本國的離心技術(shù)。1970年三國簽訂了共同發(fā)展離心技術(shù)合作條約。1971年成立了鈾濃縮公司，即Urenco公司，負(fù)責(zé)開發(fā)商用離心技術(shù)，建造離心工廠。與俄羅斯技術(shù)路線不同，Urenco公司研發(fā)的離心機(jī)是超臨界離心機(jī)(而俄羅斯是亞臨界離心機(jī))。在其研制的離心機(jī)實(shí)現(xiàn)鈾同位素分離工業(yè)化應(yīng)用之后，上世紀(jì)九十年代初Urenco公司位于荷蘭阿爾默洛的濃縮工廠開始穩(wěn)定同位素分離技術(shù)研究及同位素生產(chǎn)，并成立了穩(wěn)定同位素公司(Urenco Stable Isotopes)，其生產(chǎn)的穩(wěn)定同位素在醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。產(chǎn)品涉及鋅(Zn)、氙(Xe)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、鎘(Cd)、銥(Ir)、鈦(Ti)和鎢(W)等元素，能以氧化物、氯化物、氟化物或單質(zhì)的形式提供。其生產(chǎn)能力約占世界的12%。

4.3 中國

國內(nèi)離心法分離穩(wěn)定同位素研發(fā)單位主要是清華大學(xué)和核工業(yè)理化工程研究院。

清華大學(xué)穩(wěn)定同位素分離理論研究始于上世紀(jì)90年代，到目前為止，在單機(jī)分離以及級聯(lián)分離理論方面取得了一系列研究成果[5-9]。在實(shí)驗(yàn)研究方面，從2000年開始至今，相繼開展了離心分離氙、硅、鎢、碳、硼、鋨、鍺、鈦等穩(wěn)定同位素的實(shí)驗(yàn)研究[10-14]。

核工業(yè)理化工程研究院穩(wěn)定同位素技術(shù)研發(fā)起步于1989年，從1989年至2000年，相繼開展了氙、碳、鋅、碲等同位素的分離研究工作。取得了一系列理論與實(shí)驗(yàn)研究成果。但受當(dāng)時各種條件限制，沒有建立試驗(yàn)性生產(chǎn)級聯(lián)系統(tǒng)，因此沒有生產(chǎn)出滿足市場需求的穩(wěn)定同位素產(chǎn)品。

從2001年開始，相繼建成了不同規(guī)模的試驗(yàn)性級聯(lián)系統(tǒng)，并開展了硅、鍺、硼、硒、鋅、鎢、等同位素分離技術(shù)研究[15-16]。其主要代表性成果有：

1) 深入研究了穩(wěn)定同位素多組分級聯(lián)理論，開發(fā)了多種可靠的穩(wěn)定同位素多組分級聯(lián)算法以及級聯(lián)優(yōu)化算法，豐富了多組分同位素分離級聯(lián)理論體系[17-27]。

2) 完成了高純硅28Si同位素生產(chǎn)技術(shù)研究，生產(chǎn)出公斤級的豐度為99.5%以上的28SiHCl3產(chǎn)品。利用該產(chǎn)品成功制作了同位素純硅-28外延晶片的樣品，并開展了熱導(dǎo)率和電子遷移率等技術(shù)參數(shù)的測試。

3) 開展了氙同位素生產(chǎn)技術(shù)研究，將124Xe、129Xe、131Xe、134Xe、136Xe五種同位素濃縮到了同位素豐度90%以上，形成了氙同位素產(chǎn)品的系列化與批量化生產(chǎn)技術(shù)。在市場培育方面，以氙同位素產(chǎn)品為突破口，進(jìn)行了穩(wěn)定同位素產(chǎn)品的市場開發(fā)與培育，目前，124Xe、129Xe、131Xe已經(jīng)成功進(jìn)入國內(nèi)市場，并形成了穩(wěn)定的客戶源。

4) 突破了鎢同位素分離關(guān)鍵技術(shù)，成功生產(chǎn)出100公斤級的豐度為60%的W-184同位素，實(shí)現(xiàn)了該同位素國產(chǎn)化，解決了W-184進(jìn)口受限的問題。

5 差距分析及發(fā)展建議

雖然國內(nèi)在穩(wěn)定同位素分離技術(shù)研究方面取得了一系列成就，但與俄羅斯和Urenco公司相比，無論是在分離技術(shù)上還是產(chǎn)業(yè)化程度上還存在很大的差距。從分離技術(shù)上看，離心法分離同位素從研發(fā)到生產(chǎn)整個技術(shù)鏈包括分離工質(zhì)合成與轉(zhuǎn)化技術(shù)、離心分離技術(shù)、豐度及化學(xué)純度分析技術(shù)、產(chǎn)品凈化技術(shù)等諸多關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)研究成就主要集中在離心分離技術(shù)，技術(shù)鏈條中的其他關(guān)鍵技術(shù)還需要突破，這需要國內(nèi)相關(guān)單位協(xié)調(diào)配合，共同攻關(guān)。從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程看，目前國內(nèi)還沒有形成完整的穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)鏈。比如很大部分穩(wěn)定同位素可以作為醫(yī)療放射性同位素的初始靶材，但是國內(nèi)放射性同位素生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)能低下，很多放射性同位素都是依賴進(jìn)口，這很大程度上限制了相關(guān)穩(wěn)定同位素的需求。如果能形成穩(wěn)定同位素生產(chǎn)、放射性同位素生產(chǎn)到放射性同位素應(yīng)用這一完整的產(chǎn)業(yè)鏈，將極大提升穩(wěn)定同位素的需求，所以必須加強(qiáng)行業(yè)聯(lián)動，盡快形成離心分離穩(wěn)定同位素完整的產(chǎn)業(yè)鏈，從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。同時需積極推進(jìn)同位素應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，帶動穩(wěn)定同位素需求，有些同位素分離技術(shù)已經(jīng)成熟，但應(yīng)用技術(shù)滯后，比如28Si同位素相對于天然硅，在熱導(dǎo)率和電子遷移率具有明顯的優(yōu)越性，但到目前還沒有真正得到應(yīng)用，這嚴(yán)重限制了該同位素的產(chǎn)業(yè)化和市場化。

6 結(jié)論

隨著離心法分離穩(wěn)定同位素技術(shù)的成熟，相關(guān)同位素產(chǎn)品的產(chǎn)量將逐年增加，而同位素價格會隨之下降，這將進(jìn)一步促進(jìn)穩(wěn)定同位素在醫(yī)療、電子技術(shù)、核能以及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。目前，離心法生產(chǎn)穩(wěn)定同位素的企業(yè)主要集中在俄羅斯和Urenco公司，其技術(shù)成熟度高、同位素產(chǎn)品多、國際市場占有量大。國內(nèi)離心分離穩(wěn)定同位素在技術(shù)上取得了一系列成就，并對多種同位素進(jìn)行了分離，但尚未形成完整的技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，需統(tǒng)籌謀劃，協(xié)同攻關(guān)，并加強(qiáng)市場開發(fā)力度，更好更快地促進(jìn)離心分離穩(wěn)定同位素技術(shù)轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。