Hur berikas uran för att göra bomber?

Anrikat uran är uran med en hög andel av isotopen U-235, som endast utgör cirka 0,72% av det naturliga uranet.Normalt uran kallas U-238, där antalet betyder mängden nukleoner (protoner och neutroner) i dess atomkärna.U-235 har en ojämn mängd protoner och neutroner, vilket gör det lite instabilt och mottagligt för fissionering (delning) från termiska neutroner.Att få fissionsprocessen att fortsätta som en kedjereaktion är grunden för kärnkraft och kärnvapen.

Eftersom U-235 har identiska kemiska egenskaper till normalt uran och är endast 1,26% lättare, kan det vara en ganska utmaning att separera de två.Processerna är vanligtvis ganska energikrävande och kostsamma, varför bara ett fåtal länder har kunnat uppnå det en industriell skala hittills.För att göra uran för reaktor klass krävs U-235 procentandelar av 3-4%, medan uran med vapenklass måste bestå av 90% U-235 eller mer.Det finns minst nio tekniker för uranavskiljning, även om vissa definitivt fungerar bättre än andra.

Under andra världskriget, USA, när forskare först strävade efter isotopseparation, användes en serie tekniker.Det första steget bestod av termisk diffusion.Genom att införa en tunn temperaturgradient kan forskare koaxa lättare U-235-partiklar mot ett värmeområde och tyngre U-238-molekyler mot ett kallare område.Detta var bara framställning av fodermaterial för nästa steg, elektromagnetisk isotopseparation.

elektromagnetisk isotopseparation innebär förångning av uran och sedan joniserar det för att producera joner med positiv laddning.Det joniserade uranen accelererades sedan vid böjd av ett starkt magnetfält.Lättare U-235-atomer avleddes något mer, medan U-238-atomer något mindre.Genom att upprepa denna process många gånger kan uran berikas.Denna teknik användes för att göra en del av det anrikade uranet för den lilla pojkebomben, som förstörde Hiroshima.

Under det kalla kriget övergavs elektromagnetisk isotopseparation till förmån för den gasformiga diffusionsanrikningstekniken.Detta tillvägagångssätt pressade uranhexafluoridgas genom ett halvpermeabelt membran, som något skilde de två isotoperna från varandra.Liksom den tidigare tekniken skulle denna process ha behövt utföras många gånger för att isolera en betydande mängd U-235.

Moderna anrikningstekniker använder centrifuger.De lättare U-235-atomerna pressas något företrädesvis mot de yttre väggarna i centrifugerna och koncentrerar dem där de kan extraheras.Liksom alla andra tekniker måste det utföras många gånger för att fungera.Fullständiga system som renar uran på detta sätt använder många centrifuger och kallas centrifugkaskader.Zippe -centrifugen är en mer avancerad variant på den traditionella centrifugen som använder värme såväl som centrifugalkraft för att separera isotopen.

Övriga tekniker för uraneparation inkluderar aerodynamiska processer, olika metoder för laserseparation, plasmaseparation och en kemisk teknik,, som är,vilket drar nytta av en mycket liten skillnad i de två isotopernas benägenhet att ändra valens vid oxidation/reduktionsreaktioner.