Uran-235

Anriket uran

Anriket uran er en grunnleggende komponent både for den sivile atomkraftindustrien og produksjon av kjernefysiske våpen. Nettopp på grunn av potensielt bruk i våpenproduksjon, blir spredningen og anrikingen av uran intenst overvåket av Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA). Naturlig uran utgjør i seg selv ingen trussel; først må andelen av ²³⁵U økes i en prosess som kalles anriking. Med en halveringstid på 4,46 milliarder år er ²³⁸U ikke særlig radioaktivt, og faktisk benyttes ²³⁸U som strålingsskjold mot mer radioaktive isotoper og røntgenstråler. Til sammenligning har ²³⁵U en halveringstid på ca. 700 millioner år.
Under USAs utvikling av atombomben (Manhattanprosjektet) gikk anriket uran under betegnelsen oralloy — en sammentrekning av Oak Ridge, Tennessee, navnet på byen hvor rektoren for anriking lå, og «alloy» (Norsk: legering) Oralloy brukes fortsatt som en betegnelse for anriket uran.
²³⁸U som blir til overs etter opparbeidelsen kalles utarmet uran. Utarmet uran er langt mindre radioaktivt enn naturlig uran, men har stadig en meget høy densitet (tetthet), noe som gjør det velegnet for eksempel til armering av kjøretøy og panserbrytende ammunisjon.

Grader av anriking

Det finnes i hovedsak tre grader av anriking: lett, lavt og høyt anriket uran.
Lett anriket uran inneholder mellom 0,9 og 2 % ²³⁵U. Lett anriket uran er en relativ ny form for uran, som særlig blir brukt som brennstoff i visse tungtvannsreaktorer, hvor man tidligere brukte nøytralt uran. Det er billigere å bruke lett anriket uran, da det trengs mindre brennstoff, noe som samtidig betyr reduserte utgifter for avfallshåndtering. En måte å produsere lett anriket uran på, er ved å gjenbruke uran fra lettvannsreaktorer. Uranen herfra har vanligvis et høyere innhold av ²³⁵U
Lavt anriket uran inneholder under 20 %²³⁵U. Lavt anriket uran brukes i de mest vanlige og mest utbredte lettvannsreaktorene. Uranet som brukes i disse reaktorene er normalt opparbeidet til mellom 3 og 5 % ²³⁵U. til bruk i forsøksreaktorer opparbeides uranet til mellom 12 og 19.75 %. Lavt anriket uran med under 5,4 % ²³⁵U kan ikke brukes til kjernefysiske våpen. Uran anriket til 10 % ²³⁵U har en kritisk masse på omtrent 3 800 kg, noe som gjør det uegnet til bruk i kjernefysiske våpen.
Høyt anriket uran har en konsentrasjon på mer enn 20 % ²³⁵U eller ²³³U. Det blir hovedsakelig brukt til kjernevåpen, som drivstoff til atomubåter og mindre mengder som fissilt materiale i forsøksreaktorer. Det uranet, som tradisjonelt har blitt brukt innen produksjon av kjernevåpen, har som regel en konsentrasjon på mer enn 85 % av ²³⁵U-isotopen. I teorien ville man riktig nok kunne lage en ineffektiv atombombe, bare innholdet av ²³⁵U overstiger 20 %. Skal man under 20 %, stiger grensen for den kritiske massen drastisk (kritisk masse for uran anriket til 20 % er omtrent 700 kg). Den kritiske massen for uran med et innhold på 85 % ²³⁵U er ca. 50 kg. Den kritiske massen kan riktigok forminskes ved hjelp av en ekstern nøytronkilde og retningsbestemt sprengstoff. Little Boy var basert på ²³⁵U som det fissile materialet. Stort sett alle moderne kjernevåpen benytter seg av plutonium, som er lettere å fremstille. Høyt anriket uran benyttes også i de reaktorene som driver atomubåter. ²³⁵U-nivået for disse reaktorene ligger på mellom 50 og 90 %.

Anrikingsmetoder

Isotopseparasjon er en vanskelig og energikrevende prosess. De to uranisotopene har en nesten identisk vekt — ²³⁵U er kun 1,26 % lettere enn ²³⁸U. Der eksisterer forskjellige måter å separere disse to isotopene på, men de utnytter alle den lille forskjellen i atomvekt. Felles for metodene er også at de opparbeider uranet ved å gjenta den samme prosessen om og om igjen — på samme måte som når man for eksempel destillerer alkohol.