우라늄은 어떻게 폭탄을 만들 수 있습니까?

농축 우라늄은 동위 원소 U-235의 비율이 높은 우라늄으로 천연 우라늄의 약 .72 % 만 차지합니다. 일반 우라늄은 U-238이라고하며, 숫자는 원자핵의 핵자 (양성자 및 중성자)의 양을 나타냅니다. U-235에는 고르지 않은 양의 양성자와 중성자가있어 약간 불안정하고 열 중성자로부터 분열 (분열)되기 쉽습니다. 연쇄 반응으로 핵분열 과정을 진행시키는 것은 핵 에너지와 핵무기의 기초입니다.

U-235는 일반 우라늄과 동일한 화학적 특성을 가지고 있으며 1.26 % 더 가볍기 때문에이 두 가지를 분리하는 것은 상당히 어려울 수 있습니다. 프로세스는 일반적으로 에너지 집약적이고 비용이 많이 들기 때문에 지금까지 일부 국가에서만 산업 규모를 달성 할 수 없었습니다. 원자로 급 우라늄을 제조하려면 3-4 %의 U-235 퍼센트가 필요하지만 무기 급 우라늄은 90 % U-235 이상으로 구성되어야합니다. 우라늄 분리에는 9 가지 이상의 기술이 있지만 일부는 확실히 다른 것보다 잘 작동합니다.

미국이 2 차 세계 대전 중에 연구원들이 동위 원소 분리를 처음 시도했을 때 일련의 기술이 사용되었습니다. 첫 번째 단계는 열 확산으로 구성되었습니다. 얇은 온도 구배를 도입함으로써 과학자들은 열 영역으로 더 가벼운 U-235 입자를, 더 추운 지역으로 더 무거운 U-238 분자를 동축시킬 수있었습니다. 이것은 다음 단계 인 전자기 동위 원소 분리를위한 공급 물질의 준비 일뿐입니다.

전자기 동위 원소 분리는 우라늄을 기화시킨 후 이온화하여 양전하를 가진 이온을 생성합니다. 이온화 된 우라늄은 강한 자기장에 의해 구부러져 가속되었다. 더 가벼운 U-235 원자는 약간 더 편향된 반면, U-238 원자는 약간 더 작았 다. 이 과정을 여러 번 반복함으로써 우라늄이 풍부해질 수 있습니다. 이 기술은 히로시마를 파괴 한 리틀 보이 폭탄을위한 농축 우라늄을 만드는 데 사용되었습니다.

냉전 기간 동안, 전자기 동위 원소 분리는 기체 확산 농축 기술을 선호하여 포기되었다. 이 접근법은 반투과성 막을 통해 6 불화 우라늄 가스를 밀어 냈으며, 이는 두 동위 원소를 서로 약간 분리시켰다. 이전 기술과 마찬가지로이 프로세스는 상당량의 U-235를 분리하기 위해 여러 번 수행해야했습니다.

현대식 농축 기술은 원심 분리기를 사용합니다. 더 가벼운 U-235 원자는 원심 분리기의 외벽쪽으로 약간 우선적으로 밀려 나서 추출 할 수있는 곳에 집중시킨다. 다른 모든 기술과 마찬가지로 작동하려면 여러 번 수행해야합니다. 이러한 방식으로 우라늄을 정화하는 전체 시스템은 많은 원심 분리기를 사용하며 원심 분리기 캐스케이드라고합니다. Zippe 원심 분리기는 열과 원심력을 사용하여 동위 원소를 분리하는 기존 원심 분리기의 고급 변형입니다.

우라늄 분리의 다른 기술로는 공기 역학적 공정, 다양한 레이저 분리, 플라즈마 분리 및 화학 기술이 있으며, 이는 산화 / 환원 반응의 원자가를 변화시키기 위해 두 동위 원소의 경향에서 매우 작은 차이를 이용합니다.