爆弾を作るためにウランはどのように強化されますか？

濃縮ウランは同位体U-235の割合が高いウランであり、天然ウランの約0.72％しか占めていません。 通常のウランはU-238と呼ばれ、数字は原子核内の核子（陽子と中性子）の量を示します。 U-235の陽子と中性子の量は不均一であるため、わずかに不安定であり、熱中性子からの分裂（分裂）を受けやすくなっています。 核分裂プロセスを連鎖反応として進めることは、核エネルギーと核兵器の基礎です。

U-235は通常のウランと同じ化学的性質を持ち、わずか1.26％軽いため、2つを分離することは非常に困難です。 通常、このプロセスは非常にエネルギー集約的で費用がかかります。そのため、これまでのところ、工業規模で達成できる国はごくわずかです。 原子炉級ウランを製造するには、3-4％のU-235パーセントが必要ですが、兵器級ウランは90％以上のU-235で構成する必要があります。 ウランの分離には少なくとも9つの手法がありますが、他の手法よりも確実に機能するものもあります。

米国の第二次世界大戦中、研究者が最初に同位体分離を追求したとき、一連の技術が使用されました。 最初の段階は熱拡散で構成されていました。 薄い温度勾配を導入することにより、科学者は軽いU-235粒子を熱の領域に向け、重いU-238分子を冷たい領域に向けることができました。 これは、次の段階である電磁同位体分離のための原料の準備に過ぎませんでした。

電磁同位体分離では、ウランを気化させてからイオン化し、正電荷を持つイオンを生成します。 イオン化されたウランは、強い磁場によって曲げられて加速されました。 軽いU-235原子はわずかに大きく偏向し、U-238原子はわずかに小さくなりました。 このプロセスを何度も繰り返すことにより、ウランを濃縮することができます。 この技術は、広島を破壊したリトルボーイ爆弾の濃縮ウランの一部を作るために使用されました。

冷戦中、ガス状拡散濃縮技術を支持して、電磁同位体分離が放棄されました。 このアプローチにより、六フッ化ウランガスが半透膜を通過し、2つの同位体がわずかに分離されました。 従来の技術と同様に、このプロセスは、かなりの量のU-235を分離するために何度も実行する必要があります。

現代の濃縮技術は遠心分離機を使用しています。 軽いU-235原子は、わずかに優先的に遠心分離機の外壁に向かって押し出され、それらを抽出できる場所に集中させます。 他のすべての手法と同様に、動作させるには何度も実行する必要があります。 この方法でウランを精製する完全なシステムは、多くの遠心分離機を利用し、遠心分離機カスケードと呼ばれます。 Zippe遠心分離機は、熱と遠心力を利用して同位体を分離する従来の遠心分離機よりも進化したものです。

その他のウラン分離技術には、空気力学的プロセス、さまざまなレーザー分離法、プラズマ分離、および酸化/還元反応の価数を変更する2つの同位体の傾向のわずかな違いを利用する化学技術が含まれます。