ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะในการระเบิดอย่างไร?

ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะคือยูเรเนียมที่มีไอโซโทป U-235 สูงซึ่งคิดเป็นยูเรเนียมธรรมชาติเพียง 0.72% ยูเรเนียมปกติเรียกว่า U-238 ซึ่งหมายถึงจำนวนของนิวเคลียส (โปรตอนและนิวตรอน) ในนิวเคลียสอะตอม U-235 มีโปรตอนและนิวตรอนในปริมาณที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ไม่เสถียรและไวต่อการแตกตัวของนิวตรอนความร้อนเล็กน้อย การทำให้กระบวนการฟิชชันเพื่อดำเนินการต่อเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่เป็นพื้นฐานของพลังงานนิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์

เนื่องจาก U-235 มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกันกับยูเรเนียมปกติและมีน้ำหนักเบาเพียง 1.26% การแยกทั้งสองจึงค่อนข้างท้าทาย กระบวนการเหล่านี้มักใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมีเพียงไม่กี่ประเทศที่สามารถประสบความสำเร็จในระดับอุตสาหกรรม ในการสร้างยูเรเนียมเกรดเครื่องปฏิกรณ์จำเป็นต้องใช้ U-235 ร้อยละ 3-4% ในขณะที่ยูเรเนียมเกรดอาวุธต้องประกอบด้วย U-235 90% หรือมากกว่า มีอย่างน้อยเก้าเทคนิคในการแยกยูเรเนียมแม้ว่าบางเทคนิคจะทำงานได้ดีกว่าเทคนิคอื่น ๆ

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองสหรัฐอเมริกาเมื่อนักวิจัยทำการแยกไอโซโทปเป็นครั้งแรกมีการใช้เทคนิคหลายชุด ขั้นตอนแรกประกอบด้วยการกระจายความร้อน นักวิทยาศาสตร์สามารถเกลี้ยกล่อมอนุภาค U-235 ที่เบาลงสู่บริเวณของความร้อนและโมเลกุล U-238 ที่หนักกว่าไปยังบริเวณที่เย็นกว่า นี่เป็นเพียงการเตรียมวัสดุป้อนสำหรับขั้นต่อไปคือการแยกไอโซโทปแม่เหล็กไฟฟ้า

การแยกไอโซโทปแม่เหล็กไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการระเหยของยูเรเนียมแล้วทำให้เกิดไอออนในการผลิตไอออนที่มีประจุเป็นบวก ยูเรเนียมที่แตกตัวเป็นไอออนจะถูกเร่งที่งอด้วยสนามแม่เหล็กที่แรง อะตอมของ U-235 ที่เบากว่านั้นเบี่ยงเบนออกไปเล็กน้อยในขณะที่อะตอมของ U-238 นั้นน้อยกว่าเล็กน้อย ด้วยการทำขั้นตอนนี้ซ้ำหลายครั้งจะทำให้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ เทคนิคนี้ใช้เพื่อสร้างยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสำหรับระเบิดลูกน้อยซึ่งทำลายฮิโรชิมา

ในช่วงสงครามเย็นการแยกไอโซโทปแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยปละละเลยด้วยเทคนิคการเสริมสมรรถนะการแพร่กระจายของก๊าซ วิธีการนี้ผลักก๊าซยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ผ่านเยื่อหุ้มแบบดูดซึมได้ซึ่งแยกไอโซโทปสองอันออกจากกันเล็กน้อย เช่นเดียวกับเทคนิคก่อนหน้านี้กระบวนการนี้จะต้องมีการดำเนินการหลายครั้งเพื่อแยก U-235 จำนวนมาก

เทคนิคการตกแต่งที่ทันสมัยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยง อะตอมของ U-235 ที่เบากว่านั้นดันไปทางผนังด้านนอกของเครื่องหมุนเหวี่ยงเล็กน้อยโดยมุ่งไปที่ที่พวกมันสามารถสกัดได้ เช่นเดียวกับเทคนิคอื่น ๆ ทั้งหมดจะต้องมีการทำงานหลายครั้ง ระบบเต็มรูปแบบที่ทำให้ยูเรเนียมบริสุทธิ์ในลักษณะนี้ใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงจำนวนมากและเรียกว่าการลดหลั่นของเครื่องหมุนเหวี่ยง Zippe centrifuge เป็นตัวแปรขั้นสูงเพิ่มเติมเกี่ยวกับ centrifuge แบบดั้งเดิมซึ่งใช้ความร้อนและแรงเหวี่ยงเพื่อแยกไอโซโทป

เทคนิคอื่น ๆ ของการแยกยูเรเนียมรวมถึงกระบวนการแอโรไดนามิค, การแยกด้วยเลเซอร์, การแยกพลาสมาและเทคนิคทางเคมี, ซึ่งใช้ประโยชน์จากความแตกต่างเล็กน้อยในสองแนวโน้มของไอโซโทปที่จะเปลี่ยนวาเลนซ์ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน / รีดิวซ์