Πώς εμπλουτίζεται το ουράνιο για να δημιουργηθεί βόμβες;

Το εμπλουτισμένο ουράνιο είναι ουράνιο με υψηλό ποσοστό του ισοτόπου U-235, το οποίο αποτελεί μόνο περίπου το 0,72% του φυσικού ουρανίου.Το φυσιολογικό ουράνιο αναφέρεται ως U-238, όπου ο αριθμός υποδηλώνει την ποσότητα των νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια) στον ατομικό πυρήνα του.Το U-235 έχει μια ανομοιογενή ποσότητα πρωτονίων και νετρονίων, καθιστώντας το ελαφρώς ασταθές και ευαίσθητο σε σχάση (διαχωρισμός) από θερμικά νετρόνια.Η λήψη της διαδικασίας σχάσης για να προχωρήσει ως αλυσιδωτή αντίδραση είναι η βάση της πυρηνικής ενέργειας και των πυρηνικών όπλων

επειδή το U-235 έχει ταυτόσημες χημικές ιδιότητες στο φυσιολογικό ουράνιο και είναι μόνο 1,26% ελαφρύτερο, ο διαχωρισμός των δύο μπορεί να είναι μια μεγάλη πρόκληση.Οι διαδικασίες είναι συνήθως αρκετά ενεργειακές και δαπανηρές, γι 'αυτό μόνο μερικές χώρες κατάφεραν να επιτύχουν μια βιομηχανική κλίμακα μέχρι στιγμής.Για να γίνει ουράνιο βαθμού αντιδραστήρα, απαιτούνται U-235 ποσοστά 3-4%, ενώ το ουράνιο για όπλα πρέπει να αποτελείται από 90% U-235 ή περισσότερο.Υπάρχουν τουλάχιστον εννέα τεχνικές για τον διαχωρισμό του ουρανίου, αν και κάποιοι σίγουρα λειτουργούν καλύτερα από άλλες.

Κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου, οι Ηνωμένες Πολιτείες, όταν οι ερευνητές ακολουθούσαν για πρώτη φορά διαχωρισμό ισότοπων, χρησιμοποιήθηκε μια σειρά τεχνικών.Το πρώτο στάδιο αποτελείται από θερμική διάχυση.Με την εισαγωγή μιας λεπτής κλίσης θερμοκρασίας, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να συνδυάσουν τα ελαφρύτερα σωματίδια U-235 προς μια περιοχή θερμότητας και βαρύτερα μόρια U-238 προς μια ψυχρότερη περιοχή.Αυτό ήταν απλώς η παρασκευή υλικού τροφοδοσίας για το επόμενο στάδιο, ο διαχωρισμός ηλεκτρομαγνητικής ισότοπου.

Η ηλεκτρομαγνητικός διαχωρισμός ισοτόπων περιλαμβάνει την εξατμισμό του ουρανίου και στη συνέχεια την ιονίζουσα του για την παραγωγή ιόντων με θετικό φορτίο.Το ιονισμένο ουράνιο στη συνέχεια επιταχύνθηκε σε λυγισμένο από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο.Τα ελαφρύτερα άτομα U-235 εκτρέπονται ελαφρώς περισσότερο, ενώ τα άτομα U-238 ελαφρώς λιγότερο.Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία πολλές φορές, το ουράνιο θα μπορούσε να εμπλουτιστεί.Αυτή η τεχνική χρησιμοποιήθηκε για να κάνει μερικά από τα εμπλουτισμένα ουράνιο για τη βόμβα του μικρού αγοριού, η οποία κατέστρεψε τη Χιροσίμα.Αυτή η προσέγγιση έσπρωξε το αέριο εξελλιδίου ουρανίου μέσω ημι-διαπερατής μεμβράνης, η οποία διαχωρίστηκε ελαφρώς τα δύο ισότοπα μεταξύ τους.Όπως και η προηγούμενη τεχνική, αυτή η διαδικασία θα χρειαζόταν να εκτελεστεί πολλές φορές για να απομονώσει μια σημαντική ποσότητα U-235. Οι τεχνικές εμπλουτισμού σύγχρονης ημέρας χρησιμοποιούν φυγοκεντρητές.Τα ελαφρύτερα άτομα U-235 ελαφρώς προτιμώνται προς τα έξω προς τα εξωτερικά τοιχώματα των φυγοκεντρικών, συγκεντρώνοντάς τα εκεί που μπορούν να εξαχθούν.Όπως όλες οι άλλες τεχνικές, πρέπει να εκτελείται πολλές φορές για να εργαστεί.Τα πλήρη συστήματα που καθαρίζουν το ουράνιο με αυτόν τον τρόπο χρησιμοποιούν πολλές φυγοκεντρητές και ονομάζονται καταρράκτες φυγοκεντρότητας.Η φυγοκεντρική φυγόκεντρο είναι μια πιο προηγμένη παραλλαγή στην παραδοσιακή φυγόκεντρο που χρησιμοποιεί θερμότητα καθώς και φυγοκεντρική δύναμη για τον διαχωρισμό του ισότοπου.η οποία εκμεταλλεύεται μια πολύ μικρή διαφορά στην τάση των δύο ισοτόπων να αλλάξει το σθένος σε αντιδράσεις οξείδωσης/μείωσης.