W jaki sposób uran jest wzbogacony do robienia bomb?

Wzbogacony uran jest uranem o wysokim odsetku izotopu U-235, który stanowi tylko około 0,72% naturalnego uranu.Normalny uran jest określany jako U-238, gdzie liczba oznacza ilość nukleonów (protonów i neutronów) w jej jądrze atomowym.U-235 ma nierówną ilość protonów i neutronów, co czyni go nieco niestabilnym i podatnym na rozszczepienie (podział) z neutronów termicznych.Proces rozszczepienia w celu reakcji łańcuchowej jest podstawą energii jądrowej i broni jądrowej.

Ponieważ U-235 ma identyczne właściwości chemiczne z normalnym uranem i jest tylko 1,26% lżejsze, oddzielenie tych dwóch może być dość wyzwaniem.Procesy są zwykle dość energooszczędne i kosztowne, dlatego tylko kilka krajów było w stanie osiągnąć skalę przemysłową.Aby utworzyć uran klasy reaktora, wymagane są odsetki U-235 wynoszące 3-4%, podczas gdy uran z bronią musi składać się z 90% U-235 lub więcej.Istnieje co najmniej dziewięć technik separacji uranu, chociaż niektóre zdecydowanie działają lepiej niż inne.

Podczas II wojny światowej Stany Zjednoczone, kiedy naukowcy po raz pierwszy kontynuowali separację izotopów, zastosowano serię technik.Pierwszy etap składał się z dyfuzji termicznej.Wprowadzając cienki gradient temperatury, naukowcy mogą nakłonić lżejsze cząstki U-235 w kierunku obszaru ciepła i cięższych cząsteczek U-238 w kierunku zimniejszego obszaru.Było to tylko przygotowanie materiału zasilającego do następnego etapu, separacja izotopowa elektromagnetyczna.

Separacja izotopowa elektromagnetyczna obejmuje odparowanie uranu, a następnie jonizujące go w celu uzyskania jonów z ładunkiem dodatnim.Jonizowany uran został następnie przyspieszony w zgięciu przez silne pole magnetyczne.Lżejsze atomy U-235 odchylono nieco więcej, a atomy U-238 nieco mniej.Powtarzając ten proces wielokrotnie, uran można wzbogacić.Technikę tę zastosowano do wykonania wzbogaconego uranu dla bomby Little Boy, która zniszczyła Hiroszimę.

Podczas zimnej wojny separacja izotopowa elektromagnetyczna została porzucona na korzyść techniki wzbogacania dyfuzji gazowej.Takie podejście popchnęło gaz heksakfluorydu uranu przez półprzepuszczalną membranę, która lekko oddzieliła dwa izotopy od siebie.Podobnie jak wcześniejsza technika, proces ten musiałby być wielokrotnie wykonywany, aby odizolować znaczną ilość U-235.

Współczesne techniki wzbogacania wykorzystują wirowaty.Lżejsze atomy U-235 lekko preferencyjnie popchnęły w kierunku zewnętrznych ścian wirówek, koncentrując je tam, gdzie można je wydobyć.Podobnie jak wszystkie inne techniki, należy je wielokrotnie wykonywać.Pełne systemy, które w ten sposób oczyszczają uran, wykorzystują wiele wirówek i są nazywane kaskadami wirowania.Cirfuge Zippe jest bardziej zaawansowanym wariantem tradycyjnej wirówki, która wykorzystuje ciepło, a także siłę odśrodkową do oddzielenia izotopu.

Inne techniki separacji uranu obejmują procesy aerodynamiczne, różne metody separacji laserowej, separacji plazmy i technikę chemiczną,co wykorzystuje bardzo niewielką różnicę w dwóch skłonności do zmiany wartości w celu zmiany wartościowości w reakcjach utleniania/redukcji.