全氟碳型氟油研制成功，陆婉珍传揭秘

2024-01-18 百科知识版权反馈

【摘要】：多种分析手段的结果证实，该油样中不含氢原子，只含碳和氟两种元素，是全氟碳型的氟油，这一结果为氟油的研制指出了明确的方向[4]。为此，陆婉珍指导科研人员基于红外光谱建立了专用的反应过程控制分析方法，并迅速应用到氟油的研制和生产过程中。1962年底，石油科学研究院终于合成出了合格的氟油，并于1964年投入批量生产，确保了原子弹的研制成功。

1959年底，为配合中国原子弹、导弹和新型喷气飞机的研制，国家科委和石油工业部向石油科学研究院下达研制用于核工业、耐元素氟腐蚀的润滑油试制任务，这种润滑油称为氟油。

众所周知，铀是制造核武器的主要原料。天然铀中主要含三种同位素，即铀238、铀235和铀234，其中只有铀235是可裂变核元素，在中子轰击下可发生链式核裂变反应，可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的燃料。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的铀235为核电站发电用低浓缩铀，铀235丰度大于80%的铀为高浓缩铀，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。

在天然矿石中，铀的三种同位素共生，铀235的含量非常低，只有约0．720%，而铀238的含量达99．275%，铀234的含量为0．005%。从铀矿中分离、浓缩用于核武器制造的铀235是非常复杂的系列工艺，要经过多个流程，浓缩分离是最后的一个流程，也是最为重要的一个环节。浓缩铀235最通用的技术是气体离心法，六氟化铀气体是该浓缩过程中的中间体，而气体离心分离机则是气体离心法的关键设备。

气体离心分离机是一个庞大的系统，其工作原理与洗衣机利用离心力使衣物脱水的原理相似。六氟化铀气体被压缩通过一系列每秒2万转以上高速旋转的离心机，由于铀238的六氟化铀气体比铀235的六氟化铀气体分子重，所以更容易聚集在离心机的内壁处，而在近轴处富集的铀235气体被导出，进入到另一台离心机进一步分离。这样通过一系列的离心机，铀235同位素分子被逐渐富集，最后得到铀235的浓度可达到95%以上，满足核武器的制造要求。美国当年在日本广岛投放的原子弹“小男孩”就是通过这种技术制成的。如果将获得浓缩铀比作“炼金术”的话，那么低纯度铀235就是些普通金矿石，而离心机则是点石成金的“魔棒”。

六氟化铀与大多数有机化合物起氟化反应，化学腐蚀性很强，因此，浓缩铀的气体离心机上使用的润滑油必须具有优异的化学惰性、高的热稳定性和不燃性。由于性能特殊，用天然原油无法加工生产，只能靠有机合成的办法来制取。含氟合成润滑油（氟油）是一种理想的润滑六氟化铀浓缩离心机的材料。氟油是在二次世界大战后随原子能工业兴起而发展起来的产品，是以分子中含有氟原子的化合物为基础油的润滑油的总称。由于碳与氟之间化学键的强度明显高于碳氢化学键，所以氟油具有高度的化学稳定性，适合在高温、腐蚀性、氧化性强的环境下作润滑材料。(www.chuimin.cn)

1959年6月，苏联政府撕毁中苏在1957年10月签订的关于国防新技术的协定，随后撤走专家，我国政府决定完全依靠自己的力量来完成原子弹的研制任务。浓缩铀是研制原子弹的关键步骤，而氟油是浓缩铀厂大型离心机运转的“血液”，如没有合格的氟油，运转中的机器就得停转，损失不可估量。当时，苏联专家撤走时没有留下任何可供参考的技术资料，惟一的东西是从离心机器上取出的极少量油样。尽管处于政治漩涡中的陆婉珍当时尚无资格接触到这些样品，但她在石油科学研究院建立的各种先进的化学和物理分析仪器和测试方法却派上了大用场。在陆婉珍的指导下，沈志鸿等分析技术人员对油样进行了详细的解剖分析，终于搞清了该氟油的成分和结构。多种分析手段的结果证实，该油样中不含氢原子，只含碳和氟两种元素，是全氟碳型的氟油，这一结果为氟油的研制指出了明确的方向^[4]。

在氟油试制和产生过程中，需要对合成的中间物和产品进行检测分析，以判断反应是否按照设计的路线进行，以及所得的产品是否为最终的目标产物。陆婉珍基于掌握的光谱基本理论知识，提出采用红外光谱作为中间控制分析方法。红外光谱反映的是分子中原子间化学键的振动信息，不同化学键的红外光谱特征吸收谱带主要取决于两端链接的原子质量以及化学键的键力学常数。由于碳氟化学键与碳氢化学键有着较大的差异，其红外特征吸收谱带会出现在不同的位置。为此，陆婉珍指导科研人员基于红外光谱建立了专用的反应过程控制分析方法，并迅速应用到氟油的研制和生产过程中。因红外光谱的测量速度快，包含的化学结构信息十分丰富，所以这种方法对指导氟油的研制、掌握反应规律，以及确定最佳的操作参数都起到了积极的作用。

1962年底，石油科学研究院终于合成出了合格的氟油，并于1964年投入批量生产，确保了原子弹的研制成功。后来，国家有关部门对研制出的氟油作了鉴定，认为“在非常困难的条件下，在较短的时间内研制出了全氟碳油系列产品，并投入批量生产，使我国成为少数几个能生产全氟碳油的国家之一，满足了国家急需，为打破国外的核垄断，发展原子能工业作出了重大贡献。”在这块军功章里，埋藏有陆婉珍和她带领的一批分析技术人员的功劳。

这些分析研究工作为后来石油科学研究院研制民用润滑油及其添加剂奠定了基础，红外光谱结合其他分析手段（主要是核磁共振谱和质谱等）也被成功用于多种合成润滑油的研制和生产过程^[5]，例如聚合反应制取硅油产物中残余乙氧基含量的测定，磷酸酯液压油中芳基和烷基比例的分析，蜡裂解制取 α-烯烃用于合成润滑油等原料加工工艺过程中甲基与亚甲基比例、两种内烯和正异构 α-烯烃的定量分析，以及采用拉曼光谱和红外光谱测定合成添加剂原料的十硫化四磷中九硫化四磷杂质的含量等。这些分析方法在确定润滑油的制备流程和工艺条件，研制出合格的产品中起到了非常关键的作用。

全氟碳型氟油研制成功，陆婉珍传揭秘

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