בין אורניום לפלוטוניום

אורניום. יסוד כימי. סימנו U ומקומו בטבלה המחזורית 92 (לפי מספר הפרוטונים שבגרעין). האיזוטופים השכיחים ביותר של אורניום הם 234, 235 ו-238, כאשר האחרון הוא הנפוץ ביותר. כדי ליצור אורניום לפצצה גרעינית, יש להעשיר ולהגדיל את רמת האורניום 235 שבו בעזרת אמצעים מלאכותיים.

אורניום מועשר. אורניום שבו איזוטופ 235 הוגדל באמצעים מלאכותיים. משמש לייצור נשק גרעיני או להפקת אנרגיה בכורים גרעיניים, בהתאם לרמת ההעשרה שלו. לצורך ייצור נשק גרעיני יש צורך באיזוטופ 235 ברמה גבוהה. משום שרמתו הטבעית היא 0.72%, יש להפיק מהאורניום הטבעי תערובת שבה אורניום 235 נמצא בשכיחות גבוהה. תהליך זה נקרא "העשרת אורניום" כשבסופו מתקבל אורניום מועשר. האורניום בנשק גרעיני מכיל לפחות 85% של איזוטופ 235. ניתן ליצור פיצוץ גם ברמה נמוכה מזו, אבל אז המסה הקריטית של גוש האורניום צריכה להיות גבוהה יותר.

עבור שיעור של מסה קריטית צריך אחד מהגורמים הבאים: 15 ק"ג של אורניום 235 טהור, או 25 ק"ג של אורניום שרמת האיזוטופ 235 בו היא 50%, או 50 ק"ג אורניום שרמת האיזוטופ 235 בו היא 20%, או 100 ק"ג של אורניום שרמת האיזוטופ 235 בו היא 10%. אורניום מועשר בדרגה גבוהה הוא אורניום שמידת ההעשרה שלו עולה על 20%. אורניום מועשר בדרגה נמוכה הוא אורניום שמידת ההעשרה שלו היא בין רמתו הטבעית (0.72%) לבין 20%.

מים כבדים. מים שנוסחתם הכימית היא 2H2O. מורכבים מאטום חמצן ואיזוטופ כבד יותר של מימן בשם דאוטריום הגורמים למסת המים להיות כבדים בכ-10% מאשר מים רגילים, ומכאן שמם.

מים כבדים משמשים כחומר מקרר וכחומר מאט בכורים גרעיניים. הם מופקים מהטבע, אך ההפקה מסובכת, כי המים האלו נדירים בטבע. בשל נדירותם, צריך לשאוב כמויות מים אדירות ולבצע הפרדה על-ידי זיקוק בין המים הכבדים למים הקלים. לאחר ההפרדה, המים הכבדים מאוחסנים במיכלים ועוברים לכורים גרעיניים והמים הקלים (מי השתייה) חוזרים למקור השאיבה שלהם.

יש שיטות הפרדה שונות המבוססות על עקרונות כימיים שונים. המשותף לכולן הוא המחיר הגבוה הדרוש להפקת מים כבדים. זאת, בשל כמות המים המעורבים בתהליך ובשל כמות האנרגיה המושקעת בו. לדוגמה: מפעל הפקת המים הכבדים בעולם עד 1997 היה מפעל ברוס הקנדי. לצורך הפקת ליטר אחד של מים כבדים השתמש המפעל ב-340,000 ליטר מים רגילים.

נשק גרעיני. נשק בלתי-קונבנציונלי המתבסס על פיתוחים מדעיים מודרניים. כאשר מפגיזים את היסוד אורניום בחלקיקי יסוד הנקראים ניטרונים, היסוד יכול להתבקע לשניים. תהליך זה נקרא "ביקוע גרעיני" והוא משחרר כמויות גדולות של אנרגיה.

בתהליך הביקוע, האיזוטופ 235 של האורניום מתבקע וגם משחרר עוד ניטרונים. אם הם פוגעים בגרעיני אורניום 235 סמוכים, הם יתבקעו וישחררו אנרגיה וניטרונים נוספים. תהליך זה של תגובת שרשרת הופך את האורניום 235 לחומר נפץ הרסני ביותר. חוץ משימוש ביסוד אורניום, נמצא, כי האיזוטופ 239 של היסוד פלוטוניום יכולים לעורר תגובת שרשרת דומה. נכון להיום נעשה שימוש בשתי פצצות כאלו: פצצת אורניום על הירושימה ופצצת פלוטוניום על נגסקי.

עוצמתו של נשק גרעיני נמדדת במספר הטונות של חומר נפץ מרסק רגיל (TNT) שדרושים כדי לקבל עוצמת פיצוץ דומה. הפצצות על הירושימה ונגסקי היו בעוצמה של כ-20 קילוטון (20,000 טונות של TNT). פצצות של ביקוע גרעיני נמדדות בקילוטון, פצצות תרמו-גרעיניות נמדדות ביחידות של מגטון - מיליון טונות של TNT.

כוח ההדף המתפשט באוויר ובקרקע הוא רק מרכיב אחד מפגיעת פצצה גרעינית. בנוסף לכך ישנם האור הבוהק והמסנוור המעוור אנשים הצופים בו גם ממרחק, החום העז, הקרינה והנפולת הגרעינית. הקרינה הורסת רקמות אורגניות וגורמת להיווצרות איזוטופים רדיואקטיביים שונים הפולטים קרינה לזמן רב. פיזורם באטמוספירה ושקיעתם בקרקע גורמים להרעלת שטחים נרחבים, אם חיים אינם אפשריים שם בכלל, או שגורמים נזק רב לרקמות ולמנגנון התורשה.

פלוטוניום. יסוד כימי מלאכותי. סימנו Pu ומקומו בטבלה המחזורית 94. הפלוטוניום הוא תוצר לוואי של תהליך הביקוע המתרחש בכורים גרעיניים מסוימים ובחלק מפצצות הגרעין, אולם קיים גם באופן טבעי בכמויות מזעריות. הפלוטוניום הוא תולדה של אורניום. התגלה לאחר ש"הפציצו" אורניום 238 בדיטריום שידוע בתור יותר בתור מימן כבד. האיזוטופ 239 של הפלוטוניום הוא אחד משלושת האיזוטופים המרכזיים שיכולים ליצור תגובת שרשרת גרעינית. ביקוע של קילוגרם פלוטוניום 239 יכול ליצור פיצוץ השווה ל-21,000 טון TNT. האנרגיה הזאת עושה את הפלוטוניום שימושי לנשק גרעיני ולכורים גרעיניים.

צנטריפוגה. בעברית: "סרכזת". מתקן להפרדת חומרים. כאשר הצנטריפוגה מסתובבת, חלקים בתוכה נדחפים לדופן וצפיפותם הולכת ודועכת ככל שמתרחקים מהדופן. מכאן שחומרים בעלי צפיפות גבוהה יותר (משמע כבדים) נעים ומצטברים בתחתית. בתהליך של העשרת אורניום, הצנטריפוגה מסתובבת במהירות עצומה ובכך מפרידה בין איזוטופ 238 לאיזוטופ 235 למרות ההפרש הקטן ביניהם מבחינת צפיפות החומר.