美國2018年2月發(fā)布的新版《核態(tài)勢評估》報告提出“應確保目前重建美國鋰化合物生產(chǎn)能力的計劃能夠充分滿足軍事需求”。為落實該報告要求，能源部在2021財年預算申請報告中加大對“鋰現(xiàn)代化”專項計劃的經(jīng)費投入，并增加新的鋰加工設(shè)施建設(shè)費用，大力保障氘化鋰-6熱核部件供應。

1 保障氘化鋰-6部件供應

鋰-6與氘合成的氘化鋰-6是氫彈必不可少的核心裝料。在氫彈爆炸中，高能中子與裝料中的鋰-6發(fā)生反應生成氚，然后氚與氘發(fā)生聚變反應，釋放出巨大能量。氚也是增強裂變彈的重要裝料，鋰-6是生產(chǎn)氚的關(guān)鍵原料之一。美國在核反應堆中，利用中子轟擊偏鋁酸鋰合金靶件生成氚。因此，只要核武器存在，鋰-6便是不可缺少的。

美國1963年停止生產(chǎn)軍用鋰-6，共生產(chǎn)了442.4噸。至今仍保有大量鋰-6，其中大部分處于庫存儲備狀態(tài)，少量存在于從核武器上拆卸下來的退役氘化鋰-6部件(以下簡稱“退役部件”)中。庫存鋰-6材料主要為氯化鋰-6，少量為鋰金屬，只有轉(zhuǎn)化成氘化鋰-6后才可用于制造部件；退役部件含有許多雜質(zhì)，必須先經(jīng)過純化，去除雜質(zhì)后才可再利用。

為制造新的氘化鋰-6部件，美國2013年之前采用庫存材料和回收退役部件，2013年改為僅回收利用退役部件，2019年又恢復利用庫存材料。美國先后采取并正在研發(fā)多種工藝，對庫存材料/退役部件進行加工。

第一種是針對退役部件的鋰化學純化和轉(zhuǎn)化工藝，分為5個步驟：一是將退役鋰部件在鹽酸中溶解；二是經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶、電解還原等處理獲得鋰金屬；三是通過氘化反應將鋰金屬轉(zhuǎn)化成氘化鋰；四是粉碎研磨；五是加工成型，制成核武器部件。

第二種是針對庫存的鋰轉(zhuǎn)化工藝，分為4個步驟：一是對氯化鋰進行電解還原處理，生成鋰金屬；二是經(jīng)過氘化反應，將鋰金屬轉(zhuǎn)化成氘化鋰；三是粉碎研磨；四是加工成型，制成核武器部件。

由于空氣處理系統(tǒng)中使用的干燥劑產(chǎn)生腐蝕性液體和氣體，上述兩種工藝2013年停用。

第三種是針對退役部件的直接材料制造工藝，即退役部件經(jīng)打磨擦拭，去除表面雜質(zhì)，然后粉碎研磨，再加工成型，制成核武器部件。該工藝于2012年啟用，回收利用率低，打磨擦拭過程中產(chǎn)生的高達50%的鋰化合物粉末無法再利用。雖然該工藝能夠滿足當前的生產(chǎn)要求，但美國認為無法滿足未來預期需求，為此開始重新啟用鋰轉(zhuǎn)化工藝，計劃2020財年全面恢復。

第四種是美國正在研發(fā)的新型鋰純化工藝，目標是提高安全性和純化效率。

2 開展鋰工藝技術(shù)改造

2019財年，美國設(shè)立“鋰保障”專項計劃，撥款2914萬美元，2020財年撥款2880萬美元，2021財年改名為“鋰現(xiàn)代化”計劃，申請3940萬美元，同比增長36.8%。經(jīng)費增長的主要原因是需要加工更多的鋰材料，以支持B61-12核彈研發(fā)計劃以及電解池的全面投運?！颁嚞F(xiàn)代化”計劃為了保障武器所需的鋰材料和部件供應，實施工藝改造和技術(shù)開發(fā)，主要活動包括：

(1) 回收和保障氘化鋰材料。如前所述，美國目前利用兩種工藝生產(chǎn)氘化鋰材料，主要利用直接材料制造工藝。該工藝對退役部件的質(zhì)量要求較高，約有15%的退役部件不適用。為保障該工藝所需的退役部件數(shù)量，美國將對更多部件進行認證。

(2) 重建將氯化鋰轉(zhuǎn)化為氘化鋰的轉(zhuǎn)化能力。美國現(xiàn)有大量氯化鋰和鋰金屬庫存。為了將其轉(zhuǎn)化為可用于武器部件的氘化鋰，該計劃撥款支持電解池和氫化反應器的運行和維護，在2020財年全面恢復鋰轉(zhuǎn)化工作。

(3) 撥款支持輔助設(shè)施建設(shè)，保障生產(chǎn)能力?！颁嚞F(xiàn)代化”計劃支持對現(xiàn)有設(shè)施的維修、升級改造和關(guān)鍵設(shè)備更新，維持9204-2號樓的鋰相關(guān)工作，直到新的鋰加工設(shè)施建成。

(4) 研發(fā)和部署鋰純化和生產(chǎn)技術(shù)，支持新的鋰加工設(shè)施。美國正在研發(fā)更加安全有效的鋰純化和生產(chǎn)工藝，包括四種新的鋰純化工藝、氘氣捕獲和回收工藝、鋰粉末回收工藝、新的自動鋰電解池等，以滿足近期以及新的鋰加工設(shè)施對新工藝的需求。

2020財年，美國能源部按計劃交付了鋰材料，并更新和驗證了鋰供需模型；完成了9204-2號樓的安全和維修工作；重新啟動鋰材料轉(zhuǎn)化工藝設(shè)備，例如電解池和氫化反應器；完成鋰純化和生產(chǎn)技術(shù)的技術(shù)準備評估報告；完成鋰均質(zhì)化技術(shù)準備評估報告，達到技術(shù)成熟度5級(技術(shù)成熟度達到7級，具備工業(yè)應用條件)；完成鋰熱分解和蒸餾技術(shù)準備評估報告，達到技術(shù)成熟度5級。2021財年，美國能源部計劃繼續(xù)維持鋰材料供應，維護鋰供需模型；完善并使用新的鋰加工工藝，以替代目前的技術(shù)；繼續(xù)研發(fā)鋰轉(zhuǎn)化和純化技術(shù)，重建這兩種能力；維護和調(diào)整目前的運行設(shè)備，降低單點故障的風險。

3 新的鋰加工設(shè)施

美國目前使用Y-12場址9204-2號樓加工鋰部件。該設(shè)施始建于1943年，最初用于鈾部件生產(chǎn)，1954年轉(zhuǎn)用于鋰加工，上世紀80年代末至90年代初對大部分設(shè)備進行替換或升級。隨著時間推移，建筑結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)備不斷老化，特別是用于回收鋰-6的工藝產(chǎn)生大量腐蝕性液體和氣體，導致房屋建筑腐蝕嚴重。此外，該設(shè)施過于龐大，大幅超過使用壽命，運營成本高昂，存在許多運營問題，無法滿足當前的任務要求。

為實現(xiàn)未來氘化鋰-6的長期可靠供應，替代現(xiàn)有9204-2號樓老舊設(shè)施，2015年美國批準新建鋰加工設(shè)施的任務需求。新設(shè)施擬建在Y-12場址東側(cè)正在拆除的生物綜合設(shè)施，建筑面積約1.2萬平方米，包括鋰加工區(qū)、運輸和接收區(qū)、存儲區(qū)以及技術(shù)和管理支持區(qū)。在新設(shè)施開工之前，需要拆除舊的建筑物，修復受污染的環(huán)境。屆時，新設(shè)施將按照現(xiàn)在的標準進行鋰純化和加工工作，擁有更加靈活的響應能力。

2019年美國完成該設(shè)施的概念設(shè)計，原計劃2022財年開工建造，2027財年完成建設(shè)，2030財年開始運行。由于對該設(shè)施的需求有變，目前計劃2024財年開工建造，2031財年完成建設(shè)，投運時間未知。此外，建設(shè)費用也進一步增加，從2019財年估計的7.2億美元，增加到2020財年估計的9.55億～16.45億美元，主要原因是該設(shè)施建筑面積從9290平方米增加到1.2萬平方米，以及工藝設(shè)備要求細化和項目風險的進一步明確。

4 結(jié)語

自2018年開始，美國采取一系列措施，設(shè)立“鋰現(xiàn)代化”專項計劃、研發(fā)新的鋰加工工藝、加快新的鋰加工設(shè)施建設(shè)，大力推進核武器氘化鋰-6熱核部件生產(chǎn)。這是特朗普政府推進核力量建設(shè)的一項重要舉措。為確保我國核力量的長期有效性，也應確保鋰材料的長期可靠供應；加快發(fā)展先進的工藝技術(shù)，積極更新改造加工設(shè)施；保持先進、足夠的鋰生產(chǎn)加工能力。