Kaip uranas prisodrintas, kad būtų galima gaminti bombas?

Prisodrintas uranas yra uranas, turintis didelį izotopo U-235 procentą, kuris sudaro tik apie 72 % natūralaus urano. Įprastas uranas vadinamas U-238, kur šis skaičius reiškia nukleonų (protonų ir neutronų) kiekį jo atominiame branduolyje. U-235 turi netolygų protonų ir neutronų kiekį, todėl jis yra šiek tiek nestabilus ir jautrus skilimui (skilimui) nuo terminių neutronų. Branduolinės energijos ir branduolinių ginklų pagrindas yra tai, kad dalijimosi procesas vyktų kaip grandininė reakcija.

Kadangi U-235 cheminės savybės yra identiškos įprastam uranui ir yra tik 1.26 % lengvesnis, juos atskirti gali būti nemenkas iššūkis. Procesai paprastai yra gana daug energijos reikalaujantys ir brangūs, todėl iki šiol tik kelioms šalims pavyko tai pasiekti pramoniniu mastu. Norint pagaminti reaktorių naudojamą uraną, reikia 235–3 % U-4, o ginklams skirto urano turi sudaryti 90 % U-235 ar daugiau. Yra mažiausiai devyni urano atskyrimo būdai, nors kai kurie tikrai veikia geriau nei kiti.

Antrojo pasaulinio karo metu Jungtinėse Valstijose, kai mokslininkai pirmą kartą siekė izotopų atskyrimo, buvo naudojama daugybė metodų. Pirmąjį etapą sudarė šiluminė difuzija. Įvedę ploną temperatūros gradientą, mokslininkai galėtų įkalbėti lengvesnes U-235 daleles į šilumos sritį ir sunkesnes U-238 molekules į šaltesnę sritį. Tai buvo tik pašarinės medžiagos paruošimas kitam etapui – elektromagnetiniam izotopų atskyrimui.

Elektromagnetinis izotopų atskyrimas apima urano išgarinimą ir jonizavimą, kad susidarytų teigiamo krūvio jonai. Tada jonizuotas uranas buvo pagreitintas stipriu magnetiniu lauku. Lengvesni U-235 atomai buvo nukreipti šiek tiek daugiau, o U-238 atomai šiek tiek mažiau. Kartojant šį procesą daug kartų, uranas gali būti sodrinamas. Ši technika buvo naudojama gaminant dalį sodrinto urano, skirto „Little Boy“ bombai, kuri sunaikino Hirosimą.

Šaltojo karo metu elektromagnetinio izotopų atskyrimo buvo atsisakyta, o dujų difuzijos sodrinimo technika. Šis metodas išstumia urano heksafluorido dujas per pusiau pralaidžią membraną, kuri šiek tiek atskyrė du izotopus vienas nuo kito. Kaip ir ankstesnę techniką, šį procesą būtų reikėję atlikti daug kartų, kad būtų izoliuotas didelis U-235 kiekis.

Šiuolaikinės sodrinimo technologijos naudoja centrifugas. Lengvesni U-235 atomai pirmiausia šiek tiek stumiami link išorinių centrifugų sienelių, koncentruodami juos ten, kur juos galima išgauti. Kaip ir visi kiti metodai, jį reikia atlikti daug kartų, kad veiktų. Visos sistemos, kurios tokiu būdu išvalo uraną, naudoja daug centrifugų ir vadinamos centrifugų kaskadomis. „Zippe“ centrifuga yra pažangesnis tradicinės centrifugos variantas, kuriame izotopui atskirti naudojama šiluma ir išcentrinė jėga.

Kiti urano atskyrimo būdai apima aerodinaminius procesus, įvairius lazerinio atskyrimo metodus, plazmos atskyrimą ir cheminę techniką, kuri pasinaudoja labai nedideliu dviejų izotopų polinkio keisti valentiškumą oksidacijos/redukcijos reakcijose skirtumu.