Comment l'uranium est-il enrichi pour faire des bombes?

L'uranium enrichi est de l'uranium avec un pourcentage élevé de l'isotope U-235, qui ne représente qu'environ 0,72% de l'uranium naturel.L'uranium normal est appelé U-238, où le nombre signifie la quantité de nucléons (protons et neutrons) dans son noyau atomique.U-235 a une quantité inégale de protons et de neutrons, ce qui le rend légèrement instable et sensible à la fission (fractionnement) des neutrons thermiques.Le processus de fission se déroule en tant que réaction en chaîne est la base de l'énergie nucléaire et des armes nucléaires.

Parce que U-235 a des propriétés chimiques identiques à l'uranium normal et n'est que 1,26% plus léger, la séparation des deux peut être un défi.Les processus sont généralement assez à forte intensité d'énergie et coûteux, c'est pourquoi seuls quelques pays ont pu y parvenir une échelle industrielle jusqu'à présent.Pour faire de l'uranium de qualité réacteur, des pourcentages U-235 de 3 à 4% sont nécessaires, tandis que l'uranium de qualité d'armes doit être composé de 90% U-235 ou plus.Il existe au moins neuf techniques de séparation de l'uranium, bien que certains fonctionnent certainement mieux que d'autres.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, les États-Unis, lorsque les chercheurs poursuivaient la séparation des isotopes, une série de techniques a été utilisée.La première étape était constituée de diffusion thermique.En introduisant un gradient de température mince, les scientifiques pouvaient amadouer des particules U-235 plus légères vers une région de chaleur et des molécules U-238 plus lourdes vers une région plus froide.Ce n'était que la préparation du matériau d'alimentation pour l'étape suivante, la séparation électromagnétique des isotopes.

La séparation des isotopes électromagnétiques implique une vaporisation de l'uranium puis l'ionisant pour produire des ions avec une charge positive.L'uranium ionisé a ensuite été accéléré à Bent par un fort champ magnétique.Les atomes U-235 plus légers ont été déviés légèrement plus, tandis que les atomes U-238 légèrement moins.En répétant ce processus à plusieurs reprises, l'uranium pourrait être enrichi.Cette technique a été utilisée pour fabriquer une partie de l'uranium enrichi pour la bombe du petit garçon, qui a détruit Hiroshima.

Pendant la guerre froide, la séparation des isotopes électromagnétiques a été abandonnée en faveur de la technique de l'enrichissement de la diffusion gazeuse.Cette approche a poussé le gaz d'hexafluorure d'uranium à travers une membrane semi-perméable, qui séparait légèrement les deux isotopes les uns des autres.Comme la technique antérieure, ce processus aurait dû être effectué plusieurs fois pour isoler une quantité substantielle de U-235.

Les techniques d'enrichissement modernes utilisent des centrifuges.Les atomes U-235 plus légers ont légèrement poussé préférentiellement vers les parois extérieures des centrifuges, les concentrant là où ils peuvent être extraits.Comme toutes les autres techniques, elle doit être effectuée plusieurs fois pour travailler.Les systèmes complets qui purifient l'uranium de cette manière utilisent de nombreux centrifuges et sont appelés cascades de centrifugeuses.La centrifuge à zippe est une variante plus avancée sur la centrifugeuse traditionnelle qui utilise la chaleur ainsi que la force centrifuge pour séparer l'isotope.

Les autres techniques de séparation de l'uranium comprennent les processus aérodynamiques, diverses méthodes de séparation laser, de séparation plasmatique et d'une technique chimique,qui tire parti d'une très légère différence dans la propension aux deux isotopes pour changer la valence dans les réactions d'oxydation / réduction.