Jak je uran obohacen k výrobě bomb?
Obohatený uran je uran s vysokým procentem izotopu U-235, který tvoří pouze asi 0,72% přírodního uranu. Normální uran se označuje jako U-238, kde číslo znamená množství nukleonů (protonů a neutronů) v atomovém jádru. U-235 má nerovnoměrné množství protonů a neutronů, což je mírně nestabilní a náchylné k štěpení (štěpení) z tepelných neutronů. Základem jaderné energie a jaderných zbraní je, aby proces štěpení pokračoval jako řetězová reakce.
Protože U-235 má stejné chemické vlastnosti jako normální uran a je jen o 1,26% lehčí, může být oddělení dvou výzvou. Procesy jsou obvykle poměrně energeticky náročné a nákladné, a proto je zatím v průmyslovém měřítku schopno dosáhnout jen několika zemí. Pro výrobu uranu v reaktoru jsou požadována procenta U-235 3%, zatímco uran zbraní musí být složen z 90% U-235 nebo více. Existuje nejméně devět technik pro separaci uranu, i když některé rozhodně fungují lépe než jiné.
Během druhé světové války, ve Spojených státech, kdy vědci poprvé sledovali separaci izotopů, byla použita řada technik. První stupeň sestával z tepelné difúze. Zavedením tenkého teplotního gradientu mohli vědci koaxizovat lehčí částice U-235 směrem k oblasti tepla a těžší molekuly U-238 směrem k chladnější oblasti. Jednalo se pouze o přípravu vstupního materiálu pro další fázi, elektromagnetické oddělení izotopů.
Oddělení elektromagnetického izotopu zahrnuje odpařování uranu a jeho ionizaci za vzniku iontů s kladným nábojem. Ionizovaný uran byl pak zrychlen při ohýbání silným magnetickým polem. Lehčí atomy U-235 byly odkloněny o něco více, zatímco atomy U-238 o něco méně. Opakovaným opakováním tohoto procesu může být uran obohacen. Tato technika byla použita k výrobě některého obohaceného uranu pro bombu Little Boy, která zničila Hirošimu.
Během studené války bylo opuštěno elektromagnetické oddělení izotopů ve prospěch techniky obohacení difúzí plynu. Tento přístup vytlačil plynný hexafluorid uranu polopropustnou membránou, která mírně oddělila oba izotopy jeden od druhého. Stejně jako předchozí technika by i tento proces musel být proveden mnohokrát, aby se izolovalo podstatné množství U-235.
Moderní techniky obohacování využívají odstředivky. Lehčí atomy U-235 se lehce přednostně tlačily směrem k vnějším stěnám odstředivek a soustředily je tam, kde mohly být extrahovány. Stejně jako všechny ostatní techniky, musí být provedena mnohokrát, aby fungovala. Úplné systémy, které tímto způsobem čistí uran, využívají mnoho odstředivek a nazývají se odstředivkové kaskády. Odstředivka Zippe je pokročilejší variantou tradiční odstředivky, která k oddělení izotopu využívá teplo i odstředivou sílu.
Jiné techniky separace uranu zahrnují aerodynamické procesy, různé metody laserové separace, plazmové separace a chemickou techniku, která využívá výhodu velmi malého rozdílu v náchylnosti dvou izotopů ke změně valence v oxidačních / redukčních reakcích.