Hvordan beriges uran for at fremstille bomber?

Beriget uran er uran med en høj procentdel af isotopen U-235, hvilket kun udgør 0,72% af det naturlige uran.Normalt uran kaldes U-238, hvor antallet betyder mængden af nukleoner (protoner og neutroner) i dens atomkerne.U-235 har en ujævn mængde protoner og neutroner, hvilket gør det lidt ustabilt og modtageligt for fissionering (opdeling) fra termiske neutroner.At få fissionsprocessen til at fortsætte som en kædereaktion er grundlaget for atomenergi og atomvåben.

Fordi U-235 har identiske kemiske egenskaber til normalt uran og er kun 1,26% lettere, kan det være en ganske udfordring at adskille de to.Processerne er normalt ret energikrævende og dyre, hvorfor kun få lande har været i stand til at nå det en industriel skala indtil videre.For at fremstille reaktor-kvalitet uran er U-235 procentdel af 3-4% påkrævet, mens uran med våbenkvalitet skal bestå af 90% U-235 eller mere.Der er mindst ni teknikker til uranparation, selvom nogle bestemt fungerer bedre end andre.

Under 2. verdenskrig blev USA, da forskere først forfulgte isotopseparation, blev der anvendt en række teknikker.Den første fase bestod af termisk diffusion.Ved at indføre en tynd temperaturgradient kunne forskere lokke lettere U-235-partikler mod en varmeområde og tungere U-238-molekyler mod en koldere region.Dette var bare fremstilling af fodermateriale til det næste trin, elektromagnetisk isotopseparation.

Elektromagnetisk isotopseparation involverer fordampning af uran og derefter ioniserende det til at producere ioner med positiv ladning.Det ioniserede uran blev derefter accelereret ved bøjet af et stærkt magnetfelt.Lettere U-235-atomer blev afbøjet lidt mere, mens U-238-atomer lidt mindre.Ved at gentage denne proces mange gange kunne uran beriges.Denne teknik blev anvendt til at fremstille noget af det berigede uran til den lille drengbombe, som ødelagde Hiroshima.

Under den kolde krig blev elektromagnetisk isotopseparation opgivet til fordel for den gasformige diffusionsberigelsesteknik.Denne fremgangsmåde skubbede uranhexafluoridgas gennem en semi-permeabel membran, som let adskilte de to isotoper fra hinanden.Ligesom den forudgående teknik ville denne proces have behov for at udføres mange gange for at isolere en betydelig mængde U-235.

Moderne berigelsesteknikker bruger centrifuger.De lettere U-235-atomer skubbes lidt fortrinsvis mod de ydre vægge i centrifugerne og koncentrerer dem, hvor de kan ekstraheres.Som alle de andre teknikker skal det udføres mange gange for at arbejde.Fuldt systemer, der renser uran på denne måde, bruger mange centrifuger og kaldes centrifuge -kaskader.Zippe -centrifugen er en mere avanceret variant på den traditionelle centrifuge, der bruger varme såvel som centrifugalkraft til at adskille isotopen.

Andre teknikker til uranparation inkluderer aerodynamiske processer, forskellige metoder til laseradskillelse, plasmaseparation og en kemisk teknik,Hvilket drager fordel af en meget lille forskel i de to isotoper tilbøjelighed til at ændre valens i oxidation/reduktionsreaktioner.