Hvordan er uran beriget til at lave bomber?
Beriget uran er uran med en høj procentdel af isotopen U-235, der kun udgør omkring 0,72% af det naturlige uran. Normalt uran benævnes U-238, hvor antallet angiver mængden af nukleoner (protoner og neutroner) i dets atomkerne. U-235 har en ujævn mængde protoner og neutroner, hvilket gør den lidt ustabil og modtagelig for fissionering (opdeling) fra termiske neutroner. At få fissionsprocessen til at fortsætte som en kædereaktion er grundlaget for atomenergi og atomvåben.
Fordi U-235 har identiske kemiske egenskaber som normalt uran og kun er 1,26% lettere, kan det være en udfordring at adskille de to. Processerne er normalt ret energikrævende og dyre, hvilket er grunden til, at kun nogle få lande har været i stand til at opnå det en industriel skala indtil videre. For at fremstille uran i reaktorkvalitet kræves U-235 procent på 3-4%, mens uran af våbenkvalitet skal bestå af 90% U-235 eller mere. Der er mindst ni teknikker til uranadskillelse, skønt nogle helt sikkert fungerer bedre end andre.
Under WWII, De Forenede Stater, da forskerne først forfulgte isotopseparation, blev der anvendt en række teknikker. Den første fase bestod af termisk diffusion. Ved at introducere en tynd temperaturgradient kunne forskere koxere lettere U-235-partikler mod et varmeområde og tungere U-238-molekyler mod et koldere område. Dette var bare forberedelse af fodermateriale til det næste trin, elektromagnetisk isotop-adskillelse.
Elektromagnetisk isotopadskillelse involverer fordampning af uran og derefter ionisering af det for at producere ioner med positiv ladning. Det ioniserede uran blev derefter accelereret ved bøjning af et stærkt magnetfelt. Lettere U-235 atomer blev afbøjet lidt mere, mens U-238 atomer lidt mindre. Ved at gentage denne proces mange gange kunne uran beriges. Denne teknik blev brugt til at fremstille noget af det berigede uran til Little Boy-bomben, der ødelagde Hiroshima.
Under den kolde krig blev elektromagnetisk isotop-adskillelse opgivet til fordel for teknik til berigelse af gasdiffusion. Denne fremgangsmåde skubbede uranhexafluoridgas gennem en halvgennemtrængelig membran, som let adskiller de to isotoper fra hinanden. Som den kendte teknik ville denne proces have været nødvendigt at blive udført mange gange for at isolere en betydelig mængde U-235.
I moderne berikelsesteknikker anvendes centrifuger. De lettere U-235-atomer skubbes let fortrinsvis mod centrifugernes ydre vægge og koncentrerer dem, hvor de kan udvindes. Som alle de andre teknikker skal det udføres mange gange for at arbejde. Fuldsystemer, der renser uran på denne måde, bruger mange centrifuger og kaldes centrifugekaskader. Zippe-centrifugen er en mere avanceret variant på den traditionelle centrifuge, der bruger varme såvel som centrifugalkraft til at adskille isotopen.
Andre teknikker til uranadskillelse inkluderer aerodynamiske processer, forskellige fremgangsmåder til laserseparation, plasmaskilning og en kemisk teknik, der drager fordel af en meget lille forskel i de to isotopernes tilbøjelighed til at ændre valens i oxidations / reduktionsreaktioner.