Производство оружейного урана

Природный уран содержит примерно 0.711% изотопа U-235, необходимого для осуществления цепной реакции деления. Концентрация U-235 в оружейном уране существенно выше и может достигать 90 и более процентов. Промышленно использовавшиеся до настоящего времени методы повышения содержания U-235 основываются на различии масс изотопов U-238 и U-235. В СССР обогащенный уран для оружия производился газодиффузионным, центрифужным и электромагнитным методами.

В газодиффузионных установках газ гексафторида урана прокачивается через специальный фильтр. При одинаковой температуре скорость молекул U-235 выше скорости молекул U-238 и вероятность их просачивания через фильтр выше. В центрифужных установках разделение изотопов происходит в быстро вращающемся цилиндре за счет комбинированного воздействия центробежной силы и специально организованного противотокового движения газа. В электромагнитных установках разделение изотопов основывается на различии радиусов траекторий ионизированных молекул, в состав которых входят атомы U-238 и U-235, при их движении в магнитном поле перпендикулярном плоскости движения ионов.

Независимо от выбора технологии, одна установка способна увеличить содержание U-235 в смеси изотопов только на весьма незначительную величину. Для достижения значительной степени обогащения установки объединяются в обогатительные каскады. Каскады организованы из ступеней —серий обогатительных машин, работающих в параллель друг другу. Обогащенный уран — продукт определенной ступени —является входным сырьем последующей ступени. Обедненный уран подается в машины более низких ступеней до тех пор пока содержание U-235 в нем не соответствует содержанию U-235 в хвостах (обычно 0.2-0.3% U-235). Работа, совершаемая разделительными установками, измеряется в единицах разделительной работы (ЕРР). Производство 1 кг урана обогащением 90% U-235 требует примерно 200 ЕРР при содержании U-235 в хвостах 0.3%.

Читать дополнительно:

Развитие газодиффузионной технологии
Электромагнитные установки
Переход на центрифужную технологию
Комплекс по обогащению урана