Como o urânio é enriquecido para fazer bombas?

O urânio enriquecido é urânio com uma alta porcentagem do isótopo U-235, que representa apenas cerca de 0,72% do urânio natural. O urânio normal é referido como U-238, onde o número significa a quantidade de núcleons (prótons e nêutrons) em seu núcleo atômico. O U-235 possui uma quantidade desigual de prótons e nêutrons, tornando-o um pouco instável e suscetível à fissão (divisão) de nêutrons térmicos. Conseguir o processo de fissão prosseguir como uma reação em cadeia é a base da energia nuclear e das armas nucleares.

Como o U-235 possui propriedades químicas idênticas ao urânio normal e é apenas 1,26% mais leve, separar os dois pode ser um grande desafio. Os processos geralmente são bastante intensivos em energia e caros, e é por isso que apenas alguns países conseguiram alcançá-lo em uma escala industrial até agora. Para fazer urânio de grau de reator, são necessárias porcentagens de U-235 de 3-4%, enquanto o urânio de grau de armas deve consistir em 90% de U-235 ou mais. Existem pelo menos nove técnicas paraseparação de urânio, embora alguns definitivamente funcionem melhor que outros.

Durante a Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos, quando os pesquisadores perseguiram a separação de isótopos, uma série de técnicas foram usadas. O primeiro estágio consistia em difusão térmica. Ao introduzir um fino gradiente de temperatura, os cientistas podem persuadir partículas de U-235 mais leves em direção a uma região de calor e moléculas mais pesadas de U-238 em direção a uma região mais fria. Isso foi apenas a preparação do material de alimentação para o próximo estágio, separação eletromagnética do isótopo.

A separação eletromagnética do isótopo envolve vaporização de urânio e depois ionizando -o para produzir íons com carga positiva. O urânio ionizado foi então acelerado em dobrado por um forte campo magnético. Os átomos U-235 mais leves foram desviados um pouco mais, enquanto os átomos U-238 um pouco menos. Ao repetir esse processo muitas vezes, o urânio pode ser enriquecido. Esta técnica foi usada para fazer sOma do urânio enriquecido para a bomba de menino, que destruiu Hiroshima.

Durante a Guerra Fria, a separação do isótopo eletromagnético foi abandonado em favor da técnica de enriquecimento de difusão gasosa. Essa abordagem empurrou o gás hexafluoreto de urânio através de uma membrana semi-permeável, que separou ligeiramente os dois isótopos um do outro. Como a técnica anterior, esse processo precisaria ser realizado muitas vezes para isolar uma quantidade substancial de U-235.

Técnicas de enriquecimento modernas usam centrífugas. Os átomos de U-235 mais leves empurraram um pouco preferencialmente em direção às paredes externas das centrífugas, concentrando-as onde podem ser extraídas. Como todas as outras técnicas, ele deve ser realizado muitas vezes para trabalhar. Os sistemas completos que purificam o urânio dessa maneira utilizam muitas centrífugas e são chamados de Centrifuge Cascades. A centrífuga zippe é uma variante mais avançada na centrífuga tradicional que utiliza calor e força centrífuga paraSepare o isótopo.

Outras técnicas de separação de urânio incluem processos aerodinâmicos, vários métodos de separação a laser, separação de plasma e uma técnica química, que aproveita uma pequena diferença na propensão dos dois isótopos a mudar a valência nas reações de oxidação/redução.