铀是如何浓缩的？伊朗是否在尝试制造核武器？

本文来自微信公众号： 一个生物狗的科普小园 ，作者：Y博的科普园

美国与以色列针对伊朗的军事打击仍在进行中。在阐述为何要对伊朗动武时，美国与以色列都会将阻止伊朗拥有核武器列为关键原因。而在过去十多年里，关于伊朗的核计划，国际原子能机构IAEA的反复监察里，也经常会在伊朗进行铀浓缩需要警惕，到没有证据显示伊朗尝试制造核武器之间摇摆。

不时引发关注的伊朗铀浓缩计划到底是怎么回事？它是否在尝试制造核武器？

真相恐怕比你想的更复杂。

铀是一种具有天然放射性的金属，最早于1789年被发现。不过这种金属的巨大作用与威力要到20世纪才被人们发掘——铀的核裂变反应可以提供核能，这既可以是提供清洁能源的核电站，也可以是破坏力巨大的核弹。

铀有多种同位素，天然铀矿里最多的是铀238，但核裂变需要的是铀矿里更稀少的铀235，天然铀里只有0.7%的铀235。

因此，无论是发展核能还是制造核弹，都需要浓缩铀，也就是提取高浓度的铀235。

浓缩的原理很简单：铀235与铀238质量不同，离心即可将更轻的铀235分离出来。

但要实现却有很多技术难题。

分离铀235，一般需要将铀先转化为氟化铀这种气体。可是氟化铀是最具腐蚀性的气体，如何防止氟化铀腐蚀容器、逃逸就是巨大挑战。

该挑战通过你家厨房里的一个化学发明完成了突破：制作不粘锅的特氟龙。

特氟龙于1938年由杜邦公司的科学家发明，高度惰性，历史上的第一个用途就是在曼哈顿工程里作为接触氟化铀的容器涂层。

解决了氟化铀的腐蚀性问题，由于铀235的低含量以及与铀238的质量差别很小，浓缩铀还需要极高转速的离心机。

而这也是为什么涉及伊朗核计划，经常会提到伊朗有多少离心机。

伊朗最早在90年代获得了一种巴基斯坦离心机P-1的设计。就核扩散而言，巴基斯坦是一个重要源头。

之后，伊朗也研发了多代性能比P-1更优的离心机。伊朗生产的P-1代号为IR-1，后续有IR-2，IR-4，IR-6，以及IR-9。

浓缩铀时，离心机转速从每分钟5万到10万转不等，制造这样的离心机会用到高强度铝合金等特殊材料，这也是为什么离心机、特殊铝材等都是美国对伊朗制裁的绝对核心。

伊朗显然多年来都在提升铀浓缩的能力，也在浓缩铀。但争议焦点是它为什么要浓缩铀。

伊朗一直坚称是为了使用核能，但美国、以色列却坚决认为伊朗是为了制造核武器。

而这也是开始进入灰色地带的节点。

核电站所需的铀，与核武器的铀，都要经过浓缩才能获得。但是二者在浓缩要求上差异巨大。

核电站燃料需要的铀235浓度在3-5%即可，而核武器一般需要在90%以上——只有高浓度，才能维持核弹引爆时不受控的链式反应。此外，浓度越高，核弹需要的“弹药”量越少，更容易装载到发射载体上。

当然，如果愿意牺牲体积，那么更低一点浓度的铀235也能用于制造核弹，美国扔下的人类历史上第一颗核弹，“小男孩”，用了64千克纯度80%的铀235。

令伊朗的核计划意图难以判断的是，它从未浓缩过武器级铀——铀235含量超过90%，但它有大量铀的浓缩程度远超核电站燃料所需。

除了铀235含量90%以上被称为武器级，如果浓度在20%以上就属于高浓度铀，伊朗最高做到了60%的浓度。在25年6月美国以色列轰炸伊朗核设施前，IAEA核实伊朗有约400千克浓度60%的高浓度铀。

这不仅超过了民用核能所需，如果进一步浓缩，这大约能提供10枚核弹所需的“弹药”。

一方面，除了已经有核武器的国家，全世界没有任何一个国家像伊朗一样在浓缩高纯度铀。

但另一方面，伊朗不仅从未制造过90%以上的武器级铀，也没有任何证据显示它有意图这么做——IAEA多年来大量检查都是这个结论。而且，核不扩散条约也只禁止生产武器级铀，即便伊朗生产大量民用不需要的60%铀235，仍然没有违反核不扩散条约（伊朗、美国都是最早签署的国家之一）。

这一切都导致伊朗的核计划意图一直处于模糊状态。

颇为讽刺的是，伊朗浓缩铀的飞速发展，很多发生在特朗普单方面退出奥巴马时期签署的伊朗核计划协议后。

根据2015年的协议，15年内，伊朗不能在主要核设施Fordow浓缩铀，浓缩铀储备限制在300千克3.75%铀235，10年内，只允许在Natanz保留6000个IR-1离心机。

而当时，伊朗有7吨的低浓度铀（浓度5%以下），200千克20%浓度的高浓度铀，1.8万个IR-1与1000个IR-2

在特朗普单方面退出协议前，伊朗一直遵守了协议，包括将大部分低浓度铀与所有高浓度铀都运到了俄罗斯。

但在美国撕毁协议后，到2022年5月，IAEA估计伊朗恢复铀浓缩后已获得240千克20%浓度铀与40千克60%浓度铀，后者如前所述2025年6月时已增加到400千克。

离心机方面，25年6月时不仅有4000台IR-4，还有3000台IR-6。注意这些离心机有巨大的效率差异，一台IR-1一年只能浓缩出6克60%浓度的铀，一台IR-6可以浓缩出80克。

特朗普在反对2015年伊朗核协议时经常指责协议只涵盖15年，这确实是事实，但另一个事实是，在协议被特朗普单方面撕毁后，伊朗在更短的时间浓缩了更多高浓度铀，而且由于技术水平的进步，如果选择制造核武器，理论上所需的时间更短了。

而在25年6月发动对伊朗核设施的打击后，特朗普对伊朗核计划的描述从彻底被摧毁，转变到了现在需要再度发动军事打击来防止伊朗获得核武器。

但根据IAEA的评估，伊朗拥有的400千克60%高浓度铀在之前的军事打击后并未被摧毁，也没有迹象显示伊朗在重启核计划。

一般来说，高浓度铀在一个有政府管理的地方更安全。很难说伊朗浓缩高纯度铀的目的到底是什么，但对一个有至少400千克高浓度铀的地方发动战争，最好能确定战争结束后，还能找到这些高浓度铀。

考虑到如今枪响仅两天，特朗普对战争持续时间的描述已经从“两三天”，“一直觉得会是四个星期”，到“可能更久”都出现过了，在发出空袭命令前，似乎没想太多。

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参考资料

https://theconversation.com/why-the-us-bombed-a-bunch-of-metal-tubes-a-nuclear-engineer-explains-the-importance-of-centrifuges-to-iranian-efforts-to-build-nuclear-weapons-259883