In che modo è arricchito l'uranio per fare bombe?
L'uranio arricchito è uranio con un'alta percentuale dell'isotopo U-235, che costituisce solo circa lo 0,72% dell'uranio naturale. L'uranio normale è indicato come U-238, in cui il numero indica la quantità di nucleoni (protoni e neutroni) nel suo nucleo atomico. U-235 ha una quantità irregolare di protoni e neutroni, rendendolo leggermente instabile e suscettibile alla fissione (scissione) dai neutroni termici. Far procedere il processo di fissione come reazione a catena è la base dell'energia nucleare e delle armi nucleari.
Poiché U-235 ha proprietà chimiche identiche al normale uranio ed è solo più leggero dell'1,26%, separare i due può essere una vera sfida. I processi sono generalmente abbastanza ad alta intensità di energia e costosi, motivo per cui solo pochi paesi sono stati in grado di raggiungere una scala industriale finora. Per produrre uranio di livello reattore, sono necessarie percentuali U-235 del 3-4%, mentre l'uranio di livello per armi deve consistere nel 90% di U-235 o più. Ci sono almeno nove tecniche perseparazione dell'uranio, anche se alcuni funzionano sicuramente meglio di altri.
Durante la Seconda Guerra Mondiale, gli Stati Uniti, quando i ricercatori stavano per primo perseguendo la separazione degli isotopi, venivano usate una serie di tecniche. Il primo stadio consisteva in diffusione termica. Introducendo un gradiente di temperatura sottile, gli scienziati potrebbero convincere le particelle U-235 più leggere verso una regione di calore e molecole U-238 più pesanti verso una regione più fredda. Questa era solo la preparazione del materiale di alimentazione per la fase successiva, separazione degli isotopi elettromagnetici.
La separazione degli isotopi elettromagnetici comporta la vaporizzazione dell'uranio e quindi lo ionizzandolo per produrre ioni con carica positiva. L'uranio ionizzato è stato quindi accelerato a piegato da un forte campo magnetico. Gli atomi U-235 più leggeri sono stati leggermente più deviati, mentre gli atomi U-238 leggermente meno. Ripetendo questo processo molte volte, l'uranio potrebbe essere arricchito. Questa tecnica è stata utilizzata per fare sOme dell'uranio arricchito per la bomba da ragazzino, che ha distrutto Hiroshima.
Durante la guerra fredda, la separazione degli isotopi elettromagnetici è stata abbandonata a favore della tecnica di arricchimento della diffusione gassosa. Questo approccio ha spinto il gas esafluoruro di uranio attraverso una membrana semi-permeabile, che ha leggermente separato i due isotopi l'uno dall'altro. Come la tecnica precedente, questo processo avrebbe dovuto essere eseguito molte volte per isolare una notevole quantità di U-235.
Le tecniche di arricchimento moderne usano centrifughe. Gli atomi U-235 più chiari leggermente spinti verso le pareti esterne dei centrifughe, concentrandoli dove possono essere estratti. Come tutte le altre tecniche, deve essere eseguito molte volte per lavorare. I sistemi completi che purificano l'uranio in questo modo utilizzano molti centrifughe e sono chiamati cascate di centrifuga. La centrifuga zippe è una variante più avanzata sulla centrifuga tradizionale che utilizza la forza di calore e centrifugaseparare l'isotopo.
Altre tecniche di separazione dell'uranio includono processi aerodinamici, vari metodi di separazione laser, separazione del plasma e una tecnica chimica, che sfrutta una leggera differenza nella propensione dei due isotopi a cambiare valenza nelle reazioni di ossidazione/riduzione.