Hoe wordt uranium verrijkt om bommen te maken?

Verrijkt uranium is uranium met een hoog percentage van de isotoop U-235, die slechts ongeveer 0,72% van het natuurlijke uranium uitmaakt.Normaal uranium wordt U-238 genoemd, waarbij het aantal de hoeveelheid nucleonen (protonen en neutronen) in zijn atoomkern betekent.U-235 heeft een ongelijke hoeveelheid protonen en neutronen, waardoor het enigszins onstabiel en vatbaar is voor splijting (splitsen) van thermische neutronen.Het krijgen van het splijtingsproces als een kettingreactie is de basis van kernenergie en kernwapens.

Omdat U-235 identieke chemische eigenschappen heeft voor normaal uranium en slechts 1,26% lichter is, kan het scheiden van de twee een behoorlijk uitdaging zijn.De processen zijn meestal vrij energie-intensief en kostbaar, daarom hebben slechts enkele landen het tot nu toe een industriële schaal kunnen bereiken.Om reactor-grade uranium te maken, zijn U-235 percentages 3-4% vereist, terwijl uranium van wapenkwaliteit uit 90% U-235 of meer moet bestaan.Er zijn minstens negen technieken voor uraniumscheiding, hoewel sommige zeker beter werken dan andere.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog, de Verenigde Staten, toen onderzoekers voor het eerst isotoopscheiding nastreven, werd een reeks technieken gebruikt.De eerste fase bestond uit thermische diffusie.Door een dunne temperatuurgradiënt te introduceren, konden wetenschappers lichtere U-235-deeltjes overhalen naar een warmtegebied en zwaardere U-238-moleculen naar een kouder gebied.Dit was slechts de voorbereiding van voedingsmateriaal voor de volgende fase, elektromagnetische isotoopscheiding.

Elektromagnetische isotoopscheiding omvat het verdampen van uranium en het vervolgens ioniseren om ionen met positieve lading te produceren.Het geïoniseerde uranium werd vervolgens versneld bij gebogen door een sterk magnetisch veld.Lichtere U-235-atomen werden iets meer afgebogen, terwijl U-238 atomen iets minder atomen.Door dit proces vaak te herhalen, kan uranium worden verrijkt.Deze techniek werd gebruikt om een deel van het verrijkte uranium voor de kleine jongensbom te maken, die Hiroshima vernietigde.

Tijdens de koude oorlog werd elektromagnetische isotoopscheiding verlaten ten gunste van de gasvormige diffusie -verrijkingstechniek.Deze benadering duwde uranium hexafluoride-gas door een semi-permeabel membraan, dat de twee isotopen enigszins van elkaar scheidde.Net als de eerdere techniek zou dit proces vele malen moeten worden uitgevoerd om een aanzienlijke hoeveelheid U-235 te isoleren.

Modern-daagse verrijkingstechnieken gebruiken centrifuges.De lichtere U-235-atomen duwden zich enigszins bij voorkeur naar de buitenmuren van de centrifuges en concentreren ze waar ze kunnen worden geëxtraheerd.Net als alle andere technieken moet het vele malen worden uitgevoerd om te werken.Volledige systemen die uranium op deze manier zuiveren, maken gebruik van vele centrifuges en worden centrifuge -cascades genoemd.De Zippe Centrifuge is een meer geavanceerde variant op de traditionele centrifuge die zowel warmte als centrifugale kracht gebruikt om de isotoop te scheiden.

Andere technieken van uraniumscheiding omvatten aerodynamische processen, verschillende methoden voor laserscheiding, plasma -scheiding en een chemische techniek,die gebruik maakt van een zeer klein verschil in de twee isotopen -neiging om valentie te veranderen in oxidatie/reductiereacties.