¿Cómo se enriquece el uranio para hacer bombas?
El uranio enriquecido es uranio con un alto porcentaje del isótopo U-235, que solo representa alrededor de .72% del uranio natural. El uranio normal se conoce como U-238, donde el número significa la cantidad de nucleones (protones y neutrones) en su núcleo atómico. U-235 tiene una cantidad desigual de protones y neutrones, lo que lo hace ligeramente inestable y susceptible al fisión (división) de los neutrones térmicos. Obtener el proceso de fisión para proceder como reacción en cadena es la base de la energía nuclear y las armas nucleares.
Debido a que U-235 tiene propiedades químicas idénticas al uranio normal y es solo un 1,26% más ligero, separar a los dos puede ser un gran desafío. Los procesos suelen ser bastante intensivos en energía y costosos, por lo que solo unos pocos países han podido lograrlo una escala industrial hasta el momento. Para hacer uranio de grado reactor, se requieren porcentajes U-235 del 3-4%, mientras que el uranio de grado de armas debe consistir en 90% U-235 o más. Hay al menos nueve técnicas paraSeparación de uranio, aunque algunos definitivamente funcionan mejor que otros.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos, cuando los investigadores buscaban por primera vez la separación de isótopos, se utilizó una serie de técnicas. La primera etapa consistió en difusión térmica. Al introducir un gradiente de temperatura delgada, los científicos podrían medir partículas U-235 más ligeras hacia una región de calor, y moléculas U-238 más pesadas hacia una región más fría. Esto fue solo preparación de material de alimentación para la siguiente etapa, separación de isótopos electromagnéticos.
La separación de isótopos electromagnéticos implica vaporizar el uranio y luego ionizarlo para producir iones con carga positiva. El uranio ionizado se aceleró en doblado por un fuerte campo magnético. Los átomos U-235 más ligeros se desviaron ligeramente más, mientras que los átomos U-238 ligeramente menos. Al repetir este proceso muchas veces, el uranio podría enriquecerse. Esta técnica se utilizó para hacer SOmo del uranio enriquecido para la bomba de niño pequeño, que destruyó a Hiroshima.
Durante la Guerra Fría, la separación de isótopos electromagnéticos se abandonó a favor de la técnica de enriquecimiento de difusión gaseosa. Este enfoque empujó el gas hexafluoruro de uranio a través de una membrana semipermeable, que separó ligeramente los dos isótopos entre sí. Al igual que la técnica previa, este proceso habría necesitado realizarse muchas veces para aislar una cantidad sustancial de U-235.
Las técnicas de enriquecimiento modernas utilizan centrifugadoras. Los átomos U-235 más ligeros empujados ligeramente preferentemente hacia las paredes exteriores de las centrifugadoras, concentrándolos donde se pueden extraer. Como todas las otras técnicas, debe realizarse muchas veces para trabajar. Los sistemas completos que purifican el uranio de esta manera utilizan muchas centrifugadoras y se llaman cascadas de centrífuga. La centrífuga Zippe es una variante más avanzada de la centrífuga tradicional que utiliza el calor y la fuerza centrífuga paraSepare el isótopo.
Otras técnicas de separación de uranio incluyen procesos aerodinámicos, varios métodos de separación láser, separación en plasma y una técnica química, que aprovecha una diferencia muy ligera en la propensión de los dos isótopos a cambiar la valencia en las reacciones de oxidación/reducción.
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