Hvordan er uran beriket til å lage bomber?
Anriket uran er uran med en høy prosentandel av isotopen U-235, som bare utgjør omtrent 0,72% av naturlig uran. Normalt uran blir referert til som U-238, der antallet betyr mengden nukleoner (protoner og nøytroner) i atomkjernen. U-235 har en ujevn mengde protoner og nøytroner, noe som gjør det litt ustabilt og mottakelig for fisjonering (splitting) fra termiske nøytroner. Å få splittingsprosessen til å gå videre som en kjedereaksjon er grunnlaget for atomenergi og atomvåpen.
Fordi U-235 har identiske kjemiske egenskaper som normalt uran og bare er 1,26% lettere, kan det være en utfordring å skille de to. Prosessene er vanligvis ganske energikrevende og kostbare, og det er derfor bare noen få land har klart å oppnå det til en industriell skala så langt. For å lage uran i reaktorklasse er U-235 prosent av 3-4% nødvendig, mens uran av våpenkvalitet må bestå av 90% U-235 eller mer. Det er minst ni teknikker for uran-separasjon, selv om noen absolutt fungerer bedre enn andre.
Under andre verdenskrig, USA, da forskere først forfulgte isotopskille, ble en serie teknikker brukt. Det første trinnet besto av termisk diffusjon. Ved å introdusere en tynn temperaturgradient, kunne forskere koble lettere U-235-partikler mot et område med varme, og tyngre U-238-molekyler mot et kaldere område. Dette var bare klargjøring av fôrmateriale til neste trinn, elektromagnetisk isotop-separasjon.
Elektromagnetisk isotopskille innebærer å fordampe uran og deretter ionisere det for å produsere ioner med positiv ladning. Det ioniserte uran ble deretter akselerert ved bøyd av et sterkt magnetfelt. Lettere U-235-atomer ble avbøyd litt mer, mens U-238-atomer litt mindre. Ved å gjenta denne prosessen mange ganger, kan uran bli beriket. Denne teknikken ble brukt til å lage noe av det berikede uranet til Little Boy-bomben, som ødela Hiroshima.
Under den kalde krigen ble elektromagnetisk isotop-separasjon forlatt til fordel for teknikken for anriking av gassformig diffusjon. Denne tilnærmingen presset uranheksafluoridgass gjennom en halvgjennomtrengelig membran, som lett skilte de to isotopene fra hverandre. I likhet med den tidligere teknikken, ville denne prosessen måttet utføres mange ganger for å isolere en betydelig mengde U-235.
Moderne berikelsesteknikker bruker sentrifuger. De lettere U-235-atomer skyvet litt fortrinnsvis mot ytterveggene til sentrifugene og konsentrerte dem der de kan trekkes ut. Som alle andre teknikker, må det utføres mange ganger for å fungere. Fullstendige systemer som renser uran på denne måten bruker mange sentrifuger og kalles sentrifugekaskader. Zippe-sentrifugen er en mer avansert variant av den tradisjonelle sentrifugen som benytter varme så vel som sentrifugalkraft for å skille isotopen.
Andre teknikker for uran-separasjon inkluderer aerodynamiske prosesser, forskjellige metoder for laserseparasjon, plasmaseparasjon og en kjemisk teknikk, som utnytter en veldig liten forskjell i de to isotopenes tilbøyeligheter til å endre valens i oksidasjons / reduksjonsreaksjoner.