Hur berikas uran för att göra bomber?
Anrikat uran är uran med en hög andel av isotopen U-235, vilket bara utgör cirka 0,72% av naturligt uran. Normalt uran benämns U-238, där antalet anger mängden nukleoner (protoner och neutroner) i dess atomkärna. U-235 har en ojämn mängd protoner och neutroner, vilket gör det något instabilt och känsligt för klyvning (delning) från termiska neutroner. Att få klyvprocessen att fortsätta som en kedjereaktion är grunden för kärnenergi och kärnvapen.
Eftersom U-235 har identiska kemiska egenskaper som normalt uran och bara är 1,26% lättare kan det vara en utmaning att separera de två. Processerna är vanligtvis ganska energikrävande och kostsamma, vilket är anledningen till att endast ett fåtal länder har lyckats uppnå det till en industriell skala hittills. För att tillverka uran i reaktorkvalitet krävs U-235 procent av 3-4%, medan uran av vapenkvalitet måste bestå av 90% U-235 eller mer. Det finns minst nio tekniker för uranseparation, även om vissa definitivt fungerar bättre än andra.
Under andra världskriget, USA, när forskarna först försökte isotopseparation, användes en serie tekniker. Det första steget bestod av termisk diffusion. Genom att införa en tunn temperaturgradient kunde forskare koaxa lättare U-235-partiklar mot ett värmeområde och tyngre U-238-molekyler mot ett kallare område. Detta var bara beredning av matningsmaterial för nästa steg, elektromagnetisk isotopavskiljning.
Elektromagnetisk isotopavskiljning innebär att uran förångas och sedan joniseras för att producera joner med positiv laddning. Det joniserade uranet accelererades sedan vid böjning av ett starkt magnetfält. Lättare U-235 atomer avböjdes något mer, medan U-238 atomer något mindre. Genom att upprepa denna process många gånger kan uran berikas. Denna teknik användes för att göra något av det berikade uranet för Little Boy-bomben, som förstörde Hiroshima.
Under det kalla kriget övergavs separering av elektromagnetisk isotop till förmån för anrikningsteknik för gasformig diffusion. Detta tillvägagångssätt drev uranhexafluoridgas genom ett halvgenomsläppligt membran, som något separerade de två isotoperna från varandra. Liksom den tidigare tekniken skulle denna process behöva utföras många gånger för att isolera en väsentlig mängd U-235.
Moderna anrikningstekniker använder centrifuger. De lättare U-235-atomerna skjuts något företrädesvis mot centrifugernas ytterväggar och koncentrerar dem där de kan extraheras. Liksom alla andra tekniker måste det utföras många gånger för att fungera. Fullständiga system som rena uran på detta sätt använder många centrifuger och kallas centrifugkaskader. Zippe-centrifugen är en mer avancerad variant på den traditionella centrifugen som använder värme såväl som centrifugalkraft för att separera isotopen.
Andra tekniker för uranseparation inkluderar aerodynamiska processer, olika metoder för laserseparation, plasmaseparation och en kemisk teknik, som utnyttjar en mycket liten skillnad i de två isotopernas benägenhet att ändra valens i oxidations / reduktionsreaktioner.