Sent i sidste uge målrettede Israel tre af Irans vigtigste nukleare faciliteter – Natanz, Isfahan og Fordow og dræbte flere iranske nukleare forskere. Faciliteterne er stærkt befæstede og stort set under jorden, og der er modstridende rapporter om, hvor meget skade der er gjort.
Natanz og Fordow er Irans uranberigelsessteder, og Isfahan leverer råmaterialerne, så enhver skade på disse steder ville begrænse Irans evne til at producere atomvåben.
Men hvad er nøjagtigt uranberigelse, og hvorfor rejser det bekymringer?
For at forstå, hvad det betyder at “berige” uran, skal du vide lidt om uranisotoper og om at opdele atomet i en nuklear fissionsreaktion.
Hvad er en isotop?
Alt stof er lavet af atomer, som igen består af protoner, neutroner og elektroner. Antallet af protoner er det, der giver atomer deres kemiske egenskaber ved at adskille de forskellige kemiske elementer.
Atomer har lige antal protoner og elektroner. Uran har for eksempel 92 protoner, mens Carbon har seks. Imidlertid kan det samme element have forskellige antal neutroner og danne versioner af det element, der kaldes isotoper.
Dette betyder næppe noget for kemiske reaktioner, men deres nukleare reaktioner kan være meget forskellige.
Forskellen mellem Uranium-238 og Uranium-235
Når vi graver uran ud af jorden, er 99,27% af det uranium-238, der har 92 protoner og 146 neutroner. Kun 0,72% af det er uran-235 med 92 protoner og 143 neutroner (de resterende 0,01% er andre isotoper).
For atomkraftreaktorer eller våben er vi nødt til at ændre isotopforholdene. Det er på grund af de to vigtigste uranisotoper, kun uran-235 kan understøtte en fissionskædereaktion: en neutron forårsager et atom til fission, der producerer energi og nogle flere neutroner, der forårsager mere fission, og så videre.
Denne kædereaktion frigiver en enorm mængde energi. I et atomvåben er målet at få denne kædereaktion til at forekomme i en brøkdel af et sekund, hvilket producerer en atomeksplosion.
I et civilt atomkraftværk kontrolleres kædereaktionen. Atomkraftværker producerer i øjeblikket 9% af verdens magt. En anden vigtig civil brug af nukleare reaktioner er til produktion af isotoper, der anvendes i nuklearmedicin til diagnose og behandling af forskellige sygdomme.
Hvad er uranberigelse, da?
At “berige” uran betyder at tage det naturligt fundne element og øge andelen af uranium-235, mens du fjerner uran-238.
Der er et par måder at gøre dette på (inklusive nye opfindelser fra Australien), men kommercielt er berigelse i øjeblikket færdig med en centrifuge. Dette er også tilfældet i Irans faciliteter.
Centrifuger udnytter det faktum, at Uranium-238 er ca. 1% tungere end Uranium-235. De tager uran (i gasform) og bruger rotorer til at dreje det ved 50.000 til 70.000 rotationer pr. Minut, hvor de ydre vægge i centrifugerne bevæger sig med 400 til 500 meter i sekundet.
Dette fungerer meget som en salatspinner, der kaster vand til siderne, mens salatblade forbliver i midten. Den tyngre uran-238 bevæger sig til kanterne på centrifuge, hvilket efterlader Uranium-235 i midten.
Dette er kun så effektivt, så spindingsprocessen udføres igen og igen og opbygger procentdelen af Uranium-235.
De fleste civile atomreaktorer bruger “lavt beriget uran”, der er beriget til mellem 3% og 5%. Dette betyder, at 3-5% af det samlede uran i prøven nu er uran-235. Det er nok til at opretholde en kædereaktion og fremstille elektricitet.
Hvilket niveau af berigelse har nukleare våben brug for?
For at få en eksplosiv kædereaktion skal Uranium-235 koncentreres markant mere end de niveauer, vi bruger i atomreaktorer til fremstilling af strøm eller medicin.
Teknisk set kan et atomvåben fremstilles med så lidt som 20% uranium-235 (kendt som “stærkt beriget uran”), men jo mere er uranen beriget, jo mindre og lettere kan våben være. Lande med atomvåben har en tendens til at bruge ca. 90% beriget, “våbenklasse” uran.
Ifølge International Atomic Energy Agency (IAEA) har Iran beriget store mængder uran til 60%. Det er faktisk lettere at gå fra en berigelse på 60% til 90% end det er at komme til de første 60%. Det er fordi der er mindre og mindre uran-238 at slippe af med.
Dette er grunden til, at Iran anses for at have en ekstrem risiko for at producere atomvåben, og hvorfor centrifuge -teknologi til berigelse holdes hemmelig.
I sidste ende kan den nøjagtige samme centrifuge -teknologi, der producerer brændstof til civile reaktorer, bruges til at producere atomvåben.
Inspektører fra IAEA Monitor-nukleare faciliteter over hele verden for at sikre, at lande overholder de regler, der er beskrevet i den globale nukleare ikke-spredningstraktat. Mens Iran opretholder, at det kun er berigende uran til “fredelige formål”, afgav IAEA -bestyrelsen sent i sidste uge, at Iran var i strid med sine forpligtelser i henhold til traktaten.