氣體擴(kuò)散法是一種利用不同分子間在熱運(yùn)動(dòng)中具有不同的速度而分離出235的富集（濃縮）方法，主要用于分離同位素，尤其是鈾的同位素。
基本介紹
根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說和氣體擴(kuò)散定律，當(dāng)氣體混合物是在容器內(nèi)時(shí)，輕分子的運(yùn)動(dòng)速度快，撞擊器壁的機(jī)會(huì)多；重分子的運(yùn)動(dòng)速度慢，撞擊器壁的機(jī)會(huì)少。如果器壁具有無數(shù)微孔，每孔只容許分子單獨(dú)通過，則輕分子通過器壁的機(jī)會(huì)一定比重分子多。擴(kuò)散結(jié)果是器內(nèi)的輕分子相對地減少，富集于器外；器內(nèi)的重分子相對地增加，并富集于器內(nèi)。因此可以得到一定程度的分離。這種方法主要用于分離同位素。對分子量相差很小的混合氣體，如鈾235和鈾238的六氟化物，必須連續(xù)進(jìn)行多次，才能達(dá)到所需要的分離程度。
原理
兩種不同分子質(zhì)量的氣體混合物在熱平衡時(shí)擁有相同的平均動(dòng)能，相對速度與分子量成反比。當(dāng)這兩種分子通過擴(kuò)散膜時(shí)，較輕分子通過擴(kuò)散膜的機(jī)會(huì)較大，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同分子間的分離。同時(shí)還要求分子之間盡量不要發(fā)生碰撞，因此擴(kuò)散膜的孔徑應(yīng)該小于分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程。在實(shí)際中分離六氟化鈾時(shí)，應(yīng)該滿足：氣體壓力足夠低，薄膜足夠薄，孔徑約為0.01～0.03μm。由于鈾235與鈾238之間相對分子量差別很小，理論分離系數(shù)為1.0043，而實(shí)際分離系數(shù)大概只有1.003。因此，與離心法不同的是，要想分離出鈾235需要將大量的擴(kuò)散分離機(jī)串聯(lián)起來，逐級提高鈾的富集程度。為制得3%的鈾235，大約需要1200多臺分離機(jī)。
能耗
擴(kuò)散廠由于需要不斷重復(fù)分離氣體，能耗十分巨大。每單位分離功大約需耗能2500～3000kw。這一高能耗的特點(diǎn)是氣體擴(kuò)散法的一個(gè)重要考量因素，尤其在評估其經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性時(shí)。
參考資料 >