Когда израильская авиация недавно нанесла удар по комплексу по обогащению урана в стране, Иран, возможно, был в нескольких днях пути от достижения «прорыва», способности быстро превращать «желтый кек» урана в топливо для бомб с помощью своих новых высокоскоростных центрифуг
Автор: Дени Эллис Бешар под редакцией Дина Виссера
Присоединяйтесь к нашему сообществу любителей науки!
Подпишитесь на нашу бесплатную ежедневную рассылку новостейВведите свой адрес электронной почтыЯ согласен с тем, что моя информация будет обрабатываться в соответствии с Политикой конфиденциальности Scientific American и Springer Nature Limited.Подпишитесь
В предрассветные сумерки в пятницу по местному времени израильская военная авиация нанесла удар по одному из иранских комплексов по обогащению урана недалеко от города Натанз. Согласно новостным сообщениям, боеголовки предназначались не только для разрушения бетона; они должны были выиграть время. В течение нескольких месяцев казалось, что Иран все больше приближается к «прорыву», к моменту, когда его растущие запасы частично обогащенного урана могут быть превращены в топливо для ядерной бомбы. (Иран отрицает, что он занимался разработкой ядерного оружия.)
Но почему удар был нанесен именно сейчас? Одно из соображений может касаться того, как работают обогатительные комплексы. Природный уран почти полностью состоит из урана-238, или U-238, изотопа, который является относительно «тяжелым» (это означает, что в его ядре больше нейтронов). Только около 0,7 процента составляет уран-235 (U-235), более легкий изотоп, способный поддерживать цепную ядерную реакцию. Это означает, что в природном уране только семь атомов из 1000 являются более легким, готовым к делению U-235; «обогащение» означает просто увеличение процентного содержания U-235.
U-235 может быть использован в боеголовках, поскольку его ядро легко расщепляется. Международное агентство по атомной энергии использует 25 килограммов содержащегося в нем U-235 в качестве эталонного количества, которое считается достаточным для создания имплозивной бомбы первого поколения. В таком оружии U-235 окружен обычными взрывчатыми веществами, которые при детонации сжимают изотоп. Отдельное устройство выпускает поток нейтронов. (Нейтроны — это нейтральные субатомные частицы в ядре атома, которые увеличивают его массу.) Каждый раз, когда нейтрон сталкивается с атомом U-235, атом распадается; он делится и выделяет, в среднем, два или три новых нейтрона — плюс выброс энергии в виде тепла и гамма-излучения. А испускаемые нейтроны, в свою очередь, ударяются о другие ядра U-235, вызывая самоподдерживающуюся цепную реакцию между атомами U-235, которые были собраны в критическую массу. Результатом является ядерный взрыв. Напротив, более распространенный изотоп U-238 обычно поглощает медленные нейтроны без расщепления и не может вызвать столь разрушительную цепную реакцию.
О поддержке научной журналистики
Если вам понравилась эта статья, подумайте о том, чтобы поддержать нашу журналистику, отмеченную наградами, подписавшись на нее. Приобретая подписку, вы помогаете обеспечить будущее впечатляющих историй об открытиях и идеях, формирующих наш современный мир.
Для обогащения урана таким образом, чтобы он содержал достаточное количество U-235, урановый порошок «желтый кек», который добывается в шахте, должен пройти длительный процесс переработки, чтобы превратить его из твердый гексафторид урана превращается в газ. Сначала в результате ряда химических процессов уран очищается, а затем при высоких температурах каждый атом урана связывается с шестью атомами фтора. Полученный в результате гексафторид урана необычен: при температуре ниже 56 градусов по Цельсию (132,8 градуса по Фаренгейту) он представляет собой белое воскообразное твердое вещество, но чуть выше этой температуры он превращается в плотный невидимый газ.
Во время обогащения этот гексафторид урана загружается в центрифугу: металлический цилиндр, который вращается со скоростью десятков тысяч оборотов в минуту — быстрее, чем лопасти реактивного двигателя. Поскольку более тяжелые молекулы U-238 перемещаются к стенкам цилиндра, более легкие молекулы U-235 остаются ближе к центру и отсасываются. Этот новый газ, слегка обогащенный U-235, затем подается в следующую центрифугу. Этот процесс повторяется от 10 до 20 раз по мере того, как все более обогащенный газ проходит через ряд центрифуг.
Обогащение — медленный процесс, но иранское правительство работает над этим в течение многих лет и уже располагает примерно 400 килограммами урана, обогащенного до 60 процентов по U-235. Это не дотягивает до 90 процентов, необходимых для создания ядерного оружия. Но в то время как иранские центрифуги первого поколения IR-1 вращаются со скоростью около 63 000 оборотов в минуту и выполняют относительно скромную работу, их более новые модели IR-6, изготовленные из высокопрочного углеродного волокна, вращаются быстрее и производят обогащенный уран гораздо быстрее.
Иран устанавливает тысячи таких установок, особенно в Фордо, на подземном обогатительном заводе, расположенном под слоем породы толщиной от 80 до 90 метров. Согласно отчету, опубликованному в понедельник Институтом науки и международной безопасности, новые центрифуги могут производить 90-процентный уран U-235 в количестве, достаточном для производства боеголовки «всего за два-три дня», а также для производства девяти ядерных зарядов за три недели — или 19 к концу года. конец третьего месяца.
