Uranyum Bomba Yapmaya Nasıl Zenginleştirilir?

Zenginleştirilmiş uranyum, U-235 izotopunun yüksek yüzdesine sahip uranyum olup, sadece% 0,72 oranında doğal uranyum oluşturur. Normal uranyum, atom çekirdeğindeki nükleonların (protonlar ve nötronlar) miktarını gösterdiği U-238 olarak adlandırılır. U-235'in düzensiz miktarda proton ve nötronları vardır, bu da onu dengesiz ve ısıl nötronlardan ayrılmaya (ayrılmaya) karşı hassas hale getirir. Fisyon sürecinin zincirleme reaksiyon olarak ilerlemesi nükleer enerjinin ve nükleer silahların temelidir.

U-235'in normal uranyum ile aynı kimyasal özelliklere sahip olması ve sadece% 1,26 daha hafif olması nedeniyle ikisini ayırmak oldukça zor olabilir. Süreçler genellikle oldukça enerji yoğundur ve maliyetlidir, bu yüzden sadece birkaç ülke bu zamana kadar endüstriyel bir skalaya ulaşabilmiştir. Reaktör dereceli uranyum yapmak için,% 23-4'lük U-235 yüzdesi gerekir, oysa silah dereceli uranyum% 90 U-235 veya daha fazla olmalıdır. Bazıları kesinlikle diğerlerinden daha iyi çalışsa da, uranyum ayırma için en az dokuz teknik vardır.

İkinci Dünya Savaşı sırasında, Amerika Birleşik Devletleri, araştırmacılar ilk izotop ayrımı peşinde koşarken, bir dizi teknik kullanıldı. İlk aşama, termal difüzyondan oluşuyordu. İnce bir sıcaklık gradyanı getirerek, bilim adamları daha hafif U-235 partiküllerini bir ısı bölgesine ve daha ağır U-238 moleküllerini daha soğuk bir bölgeye koaksiyel olarak atabilirler. Bu sadece bir sonraki aşama olan elektromanyetik izotop ayrımı için yem materyali hazırlamaktı.

Elektromanyetik izotop ayırma işlemi, uranyumun buharlaştırılmasını ve daha sonra pozitif yük ile iyonların üretilmesi için iyonlaştırılmasını içerir. İyonize uranyum daha sonra güçlü bir manyetik alan ile bükülmüş şekilde hızlandırılmıştır. Daha hafif U-235 atomları biraz daha saptırılmış, U-238 atomları ise biraz daha az sapmıştır. Bu işlemi birçok kez tekrarlayarak uranyum zenginleştirilebilir. Bu teknik Hiroşima'yı yok eden Küçük Boy bombası için zenginleştirilmiş uranyumun bir kısmını yapmak için kullanıldı.

Soğuk Savaş sırasında, elektromanyetik izotop ayrımı, gaz difüzyon zenginleştirme tekniği lehine terk edildi. Bu yaklaşım, uranyum heksaflorür gazı, iki izotopu birbirinden hafifçe ayıran yarı geçirgen bir zar içerisinden itti. Önceki teknik gibi, bu işlemin önemli miktarda U-235'i izole etmek için birçok kez yapılması gerekecekti.

Günümüz zenginleştirme teknikleri santrifüj kullanıyor. Daha hafif olan U-235 atomları, tercihen, santrifüjlerin dış duvarlarına doğru hafifçe itilerek, çıkarılabilecekleri yere konsantre edildi. Diğer tüm teknikler gibi, çalışmak için birçok kez yapılmalıdır. Uranyumu bu şekilde temizleyen tam sistemler birçok santrifüjden yararlanır ve santrifüj kademeleri olarak adlandırılır. Zippe santrifüjü, ısıyı ve izotopu ayırmak için santrifüj kuvveti kullanan geleneksel santrifüjde daha gelişmiş bir değişkendir.

Diğer uranyum ayırma teknikleri arasında aerodinamik işlemler, çeşitli lazer ayırma yöntemleri, plazma ayırma ve iki izotopun oksidasyon / indirgenme reaksiyonlarında geçerliliği değiştirme eğilimindeki çok küçük bir farktan yararlanan bir kimyasal teknik bulunmaktadır.