Kjarnorka – Hvað er auðgað Úran?

Heimild:  

Í náttúrulegu úrangrýti er einkum að finna tvær samsætur. Samsætan ²³⁸U er tæp 99,3% af úrani en í kjarna hennar eru 92 róteindir og 146 nifteindir, en rúm 0,7% af úraninu eru ²³⁵U með kjarna úr 92 róteindum og 143 nifteindum. Samsæturnar hafa sömu efnafræðilegu eiginleika en hegðun þeirra í kjarnahvörfum er gerólík. ²³⁵U er það sem kallað er kjarnkleyft efni, það er að segja að talsverðar líkur eru á því að kjarninn klofni í smærri brot þegar laus nifteind rekst á kjarna þessarar samsætu. Við klofnunina losnar mikil orka og yfirleitt nokkrar nifteindir. Samsætan ²³⁸U er hins vegar ekki kjarnkleyf, en það þýðir að ólíklegt er að kjarnaklofnun eigi sér stað þegar nifteind rekst á kjarna samsætunnar.

Eins og fyrr segir losna yfirleitt einhverjar nifteindir þegar kjarni samsætunnar ²³⁵U klofnar. Þessar nifteindir geta svo hugsanlega rekist á annan slíkan kjarna og valdið því að hann klofni. Röð slíkra kjarnaklofnana nefnist keðjuverkun. Örlög nifteindanna geta þó verið önnur en að valda kjarnaklofnun.
Nifteindir
geta til dæmis sloppið út úr úranstæðunni, eða gleypst í kjarnahvarfi sem veldur ekki kjarnaklofnun.Til þess að vaxandi keðjuverkun geti átt sér stað þurfa líkur á að nifteind valdi kjarnaklofnun í efni að vera nægilega miklar. Segjum sem svo að tvær nifteindir losni að meðaltali við hverja kjarnaklofnun, þá þurfa að vera meira en helmings líkur á því að nifteind valdi kjarnaklofnun í efni ef keðjuverkun á að vera vaxandi. Ef þrjár nifteindir yrðu til að meðaltali við hverja kjarnaklofnun þyrftu að vera meira en þriðjungs líkur á að nifteind ylli kjarnaklofnun til að vaxandi keðjuverkun gæti átt sér stað.Gripið er til ýmissa ráða til þess að auka líkur á kjarnaklofnun (eða tíðni kjarnaklofnunar) í efni, og eru þau misjöfn eftir tegund kjarnaofna. Ein algeng aðferð er sú að auðga úranið sem er notað sem eldsneyti í ofninn. Með þessu er átt við að hlutfall hinnar kjarnkleyfu samsætu ²³⁵U er aukið, en við það aukast líkurnar á að nifteind valdi kjarnaklofnun áður en hún breytist af sjálfu sér í róteind eða fer í burtu.
Auðgunin fer fram með þeim hætti að úrangrýti með efnaformúluna U₃O₈(úranoxíð) er breytt í UF₆ (úranflúoríð) sem er lofttegund. UF₆-gasið er svo sett í eins konar skilvindu þar sem þyngri samsætan ²³⁸U er skilin frá þeirri léttari²³⁵U. Hafa ber í huga að aðeins lítill hluti samsætunnar ²³⁸U skilst frá hverju sinni svo að nauðsynlegt er að síendurtaka ferlið þangað til að hlutfall ²³⁵U er orðið nægilega hátt í UF6-gasinu. Þegar hlutfall ²³⁵U er komið upp í tæp 3% er UF₆-gasinu breytt í UO₂ (úrandíoxíð) sem er í föstu formi, en það er eldsneytið sem notað er í kjarnaofna.

Eldsneyti með hlutfall ²³⁵U upp á 3% er heppilegt til notkunar við raforkuframleiðslu í kjarnaofni en er ekki nægilega virkt til að nota í kjarnorkusprengju. Í kjarnorkusprengju þarf hlutfall ²³⁵U að vera 80-90%. Í fréttum að undanförnu hefur talsvert verið fjallað um áhuga Írana á að koma sér upp aðstöðu til að auðga úran og andstöðu ýmissa annarra þjóða gegn því. Það sem vakir fyrir þeim sem leggjast gegn því að Íranar komi sér upp slíkri aðstöðu er að koma í veg fyrir að þeir geti framleitt nægilega auðgað úran til þess að búa til kjarnorkusprengju og fái heldur eldsneyti sitt annars staðar frá. Hins ber þó að gæta að kjarnaofn má nota til framleiðslu á kjarnkleyfu plútoni (Pu) sem má nota sem eldsneyti í kjarnorkusprengjur, en auðveldara er að hreinsa það heldur en hið kjarnkleyfa ²³⁵U.