Hvordan berikes uran for å lage bomber?

Anriket uran er uran med en høy prosentandel av isotopen U-235, som bare utgjør omtrent 0,72% av naturlig uran.Normalt uran blir referert til som U-238, der antallet betegner mengden nukleoner (protoner og nøytroner) i atomkjernen.U-235 har en ujevn mengde protoner og nøytroner, noe som gjør den litt ustabil og mottakelig for fisjonering (splitting) fra termiske nøytroner.Å få fisjonsprosessen til å fortsette som en kjedereaksjon er grunnlaget for kjernefysisk energi og atomvåpen.

Fordi U-235 har identiske kjemiske egenskaper til normalt uran og bare er 1,26% lettere, kan det være en utfordring å skille de to.Prosessene er vanligvis ganske energikrevende og kostbare, og det er grunnen til at bare noen få land har vært i stand til å oppnå det en industriell skala så langt.For å lage uran i reaktorkjøringen, er U-235 prosentandeler av 3-4% påkrevd, mens uran for våpenkvalitet må bestå av 90% U-235 eller mer.Det er minst ni teknikker for uranseparasjon, selv om noen definitivt fungerer bedre enn andre.

I løpet av andre verdenskrig ble USA, da forskere først forfulgte isotopseparasjon, en serie teknikker ble brukt.Den første trinnet besto av termisk diffusjon.Ved å innføre en tynn temperaturgradient, kunne forskere lokke lettere U-235 partikler mot et område med varme, og tyngre U-238-molekyler mot et kaldere område.Dette var bare fremstilling av fôrmateriale for neste trinn, elektromagnetisk isotopseparasjon.

Elektromagnetisk isotopseparasjon innebærer fordampning av uran og deretter ionisering av det for å produsere ioner med positiv ladning.Det ioniserte uran ble deretter akselerert ved bøyd av et sterkt magnetfelt.Lettere U-235-atomer ble avledet litt mer, mens U-238-atomer litt mindre.Ved å gjenta denne prosessen mange ganger, kan uran berikes.Denne teknikken ble brukt til å lage noe av det berikede uranet for den lille guttbomben, som ødela Hiroshima.

Under den kalde krigen ble elektromagnetisk isotopseparasjon forlatt til fordel for den gassformige diffusjonsberikelsesteknikken.Denne tilnærmingen presset uranheksafluoridgass gjennom en semi-permeabel membran, som skilte de to isotoperene litt fra hverandre.I likhet med den tidligere teknikken, ville denne prosessen ha trengt å utføres mange ganger for å isolere en betydelig mengde U-235.

Moderne berikelsesteknikker bruker sentrifuger.De lettere U-235-atomene skyves litt for fortrinnsvis mot ytterveggene i sentrifugerne, og konsentrerer dem der de kan trekkes ut.Som alle de andre teknikkene, må det utføres mange ganger for å jobbe.Fulle systemer som renser uran på denne måten bruker mange sentrifuger og kalles sentrifuge -kaskader.Zippe -sentrifugen er en mer avansert variant på den tradisjonelle sentrifugen som bruker varme så vel som sentrifugalkraft for å skille isotopen.

Andre teknikker for uran separasjon inkluderer aerodynamiske prosesser, forskjellige metoder for laserseparasjon, plasmaseparasjon og en kjemisk teknikk,som drar nytte av en veldig liten forskjell i de to isotopene tilbøyelighet til å endre valens i oksidasjon/reduksjonsreaksjoner.