В конце прошлой недели Израиль атаковал три ключевых ядерных объекта Ирана – Натанз, Исфахан и Фордо, убив несколько иранских ученых-атомщиков.
Объекты хорошо укреплены и в основном находятся под землей, и существуют противоречивые сообщения о том, какой ущерб был нанесен. Натанз и Фордо являются иранскими объектами по обогащению урана, а Исфахан поставляет сырье, поэтому любой ущерб этим объектам ограничит возможности Ирана по производству ядерного оружия. Но что именно представляет собой обогащение урана и почему оно вызывает опасения?
Чтобы понять, что значит «обогащать» уран, вам нужно немного узнать об изотопах урана и о расщеплении атома в реакции ядерного деления.
Что такое изотоп?
Вся материя состоит из атомов, которые в свою очередь состоят из протонов, нейтронов и электронов. Количество протонов — это то, что придает атомам их химические свойства, разделяя различные химические элементы.
Атомы имеют одинаковое количество протонов и электронов. Например, у урана 92 протона, а у углерода — 6. Однако один и тот же элемент может иметь разное количество нейтронов, образуя версии элемента, называемые изотопами.
Для химических реакций это не имеет значения, но их ядерные реакции могут существенно отличаться.
Разница между ураном-238 и ураном-235
Когда мы выкапываем уран из земли, 99,27% его составляет уран-238, имеющий 92 протона и 146 нейтронов. Только 0,72% его составляет уран-235 с 92 протонами и 143 нейтронами (остальные 0,01% — другие изотопы).
Для ядерных энергетических реакторов или оружия нам нужно изменить пропорции изотопов. Это потому, что из двух основных изотопов урана только уран-235 может поддерживать цепную реакцию деления: один нейтрон заставляет атом делиться, что производит энергию и еще несколько нейтронов, вызывая еще больше деления, и так далее.
Эта цепная реакция высвобождает огромное количество энергии. В ядерном оружии цель состоит в том, чтобы эта цепная реакция произошла за долю секунды, вызвав ядерный взрыв.
На гражданской атомной электростанции цепная реакция контролируется. В настоящее время атомные электростанции производят 9% мировой электроэнергии. Другим важным гражданским применением ядерных реакций является производство изотопов, используемых в ядерной медицине для диагностики и лечения различных заболеваний.
Что же такое обогащение урана?
«Обогащение» урана означает взятие природного элемента и увеличение доли урана-235 при одновременном удалении урана-238.
Есть несколько способов сделать это (включая новые изобретения из Австралии), но в коммерческих целях обогащение в настоящее время осуществляется с помощью центрифуги. Это также касается объектов Ирана.
Центрифуги используют тот факт, что уран-238 примерно на 1% тяжелее урана-235. Они берут уран (в газообразной форме) и используют роторы для его вращения со скоростью от 50 000 до 70 000 оборотов в минуту, при этом внешние стенки центрифуг движутся со скоростью от 400 до 500 метров в секунду.
Это работает примерно как центрифуга для салата, которая разбрызгивает воду по сторонам, в то время как листья салата остаются в центре. Более тяжелый уран-238 перемещается к краям центрифуги, оставляя уран-235 в середине. Это неэффективно, поэтому процесс вращения повторяется снова и снова, увеличивая процентное содержание урана-235.
Большинство гражданских ядерных реакторов используют «низкообогащенный уран», который был обогащен до 3–5%. Это означает, что 3–5% от общего количества урана в образце теперь составляет уран-235. Этого достаточно для поддержания цепной реакции и производства электроэнергии.
Какой уровень обогащения необходим ядерному оружию?
Чтобы получить взрывную цепную реакцию, уран-235 должен быть сконцентрирован значительно сильнее, чем тот уровень, который мы используем в ядерных реакторах для производства электроэнергии или лекарств.
Технически ядерное оружие может быть изготовлено всего из 20% урана-235 (известного как «высокообогащенный уран»), но чем больше обогащен уран, тем меньше и легче может быть оружие. Страны, обладающие ядерным оружием, как правило, используют около 90% обогащенного «оружейного» урана.
По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), Иран обогатил большое количество урана до 60%. На самом деле, легче перейти от обогащения 60% к 90%, чем достичь первоначальных 60%. Это потому, что урана-238, от которого нужно избавляться, становится все меньше и меньше.
Вот почему Иран считается подверженным чрезвычайно высокому риску производства ядерного оружия, и почему технология центрифугирования для обогащения держится в секрете.
В конечном итоге, та же самая технология центрифугирования, которая используется для производства топлива для гражданских реакторов, может быть использована для производства ядерного оружия.
Инспекторы МАГАТЭ контролируют ядерные объекты по всему миру, чтобы гарантировать, что страны соблюдают правила, изложенные в глобальном договоре о нераспространении ядерного оружия. Хотя Иран утверждает, что обогащает уран только в «мирных целях», в конце прошлой недели совет МАГАТЭ постановил, что Иран нарушает свои обязательства по договору.
Оригинал статьи можно прочитать здесь.
Больше информации о самых интересных научных открытиях и удивительных исторических фактах читайте на нашем сайте «Совятня».
Интересные новости, советы по здоровью, ответы на популярные вопросы и цитаты великих ученых ищите в Telegram.
