… κατά 60% (μόνο)

Αν ρίξετε μια ματιά στον περιοδικό πίνακα του Μεντελέγιεφ, θα βρείτε το στοιχείο «ουράνιο» κάπου στο κάτω μέρος. Το συμβολίζουμε με το γράμμα «U» και έχει τον ατομικό αριθμό 92. Ανήκει στην ομάδα των στοιχείων που ανακαλύφθηκαν σχετικά πρόσφατα: αυτά που είναι γνωστά ως ακτινίδες. Το ουράνιο είναι – όπως και άλλες ακτινίδες – «ραδιενεργό».
Είναι ένα βαρύ μέταλλο που ενώ φαίνεται σπάνιο, στην πραγματικότητα είναι ένα από τα πιο συχνά απαντώμενα στοιχεία στον φλοιό της Γης. Υπάρχει παντού σε μικρές ποσότητες – στο νερό, στο έδαφος, στα τρόφιμα, ακόμη και στο σώμα μας. Συναντάμε επίσης ουράνιο σε χαμηλές συγκεντρώσεις στους ωκεανούς. 

H πρώτη ατομική βόμβα που κατασκευάστηκε περιείχε ουράνιο και βασιζόταν στην μη ελεγχόμενη πυρηνική σχάση.

Η πυρηνική σχάση σχετίζεται με τη λεπτή ισορροπία μεταξύ των ελκτικών πυρηνικών και των απωστικών ηλεκτρικών δυνάμεων στο εσωτερικό του πυρήνα. Σε όλους τους γνωστούς πυρήνες επικρατούν οι πυρηνικές δυνάμεις. Στο ουράνιο όμως, η κυριαρχία τους είναι οριακή. Αν ο πυρήνας του ουρανίου εκταθεί σε επίμηκες σχήμα, οι ηλεκτρικές δυνάμεις μπορεί να τον επιμηκύνουν ακόμη περισσότερο. Αν η επιμήκυνση υπερβεί ένα κρίσιμο σημείο, οι πυρηνικές δυνάμεις υποχωρούν μπορστά στις ηλεκτρικές και ο πυρήνας διαχωρίζεται. Αυτό ακριβώς είναι η σχάση.

Η απορρόφηση ενός νετρονίου δίνει στον πυρήνα του ουρανίου την ενέργεια που απαιτείται για την αναγκαία επιμήκυνση. Η επακόλουθη σχάση μπορεί να δώσει διάφορους συνδυασμούς μικρότερων πυρήνων. Ένα τυπικό παράδειγμα είναι το εξής:

Σημειώστε ότι στην παραπάνω αντίδραση, η σχάση του πυρήνα ουρανίου ξεκινά με ένα νετρόνιο και καταλήγει μεταξύ άλλων στην παραγωγή τριών νετρονίων (που απεικονίζονται με κίτρινο χρώμα). Επειδή τα νετρόνια δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, και επομένως δεν απωθούνται από τους ατομικούς πυρήνες, αποτελούν ιδανικά «πυρηνικά βλήματα». Αν διαθέτουμε πολλά άτομα ουρανίου-235 μαζί, τότε αν ένα νετρόνιο διασπάσει ένα άτομο ουρανίου, τα τρία νετρόνια που θα παραχθούν μπορούν να προκαλέσουν την σχάση τριών ακόμα ατόμων ουρανίου, από την οποία απελευθερώνονται εννέα επιπλέον νετρόνια. Αν το καθένα από αυτά διασπάσει ένα άτομο ουρανίου, το επόμενο βήμα στην αντίδραση θα δώσει 27 νετρόνια, κ.ο.κ. Μια τέτοια αλληλουχία αντιδράσεων ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση.

Σύμφωνα με τον Paul G. Hewitt, στο βιβλίο του με τίτλο «Οι έννοιες της Φυσικής» , μια τυπική αντίδραση σχάσης απελευθερώνει ενέργεια περίπου 200.000.000 eV (συγκριτικά η «έκρηξη» ενός μορίου ΤΝΤ απελευθερώνει ενέργεια 30 eV). Το άθροισμα των μαζών των θραυσμάτων της σχάσης και των εκπεμπόμενων νετρονίων είναι μικρότερο από τη μάζα του πυρήνα του ουρανίου. Η απειροελάχιστη ποσότητα της ελλείπουσας μάζας που μετατρέπεται σ’ αυτή την τρομακτική ποσότητα ενέργειας είναι αυτή που προβλέπει η γνωστή σχέση του Αϊνστάιν Ε=mc². Αξίζει να σημειωθεί ότι η ενέργεια αυτή εκλύεται κυρίως υπό τη μορφή κινητικής ενέργειας των θραυσμάτων της σχάσης, τα οποία εκτινάσσονται σε διάφορες κατευθύνσεις. Κάποιο ποσοστό της ενέργειας εκλύεται υπό τη μορφή κινητικής ενέργειας των εκπεμπομένων νετρονίων, και κάποιο μικρότερο ποσοστό ως ακτινοβολία γάμμα.

Οι αλυσιδωτές αντιδράσεις δεν συμβαίνουν υπό κανονικές κανονικές συνθήκες στα κοιτάσματα του ουρανίου που υπάρχουν στη φύση. Διότι, αυτό που υφίσταται σχάση είναι κυρίως το σπάνιο ισότοπο του U-235, που σήμερα αποτελεί το 0,7% του ουρανίου στην καθαρή μεταλλική του μορφή. Η συγκέντρωση του U-235 στα φυσικά κοιτάσματα ουρανίου είναι πολύ μικρή. Το πιο άφθονο ισότοπο U-238 απορροφά νετρόνια, αλλά υπό κανονικές συνθήκες δεν υφίσταται σχάση, οπότε οποιαδήποτε αλυσιδωτή αντίδραση «καταπνίγεται» γρήγορα από τους πυρήνες του U-238, που απορροφούν τα νετρόνια. (Σύμφωνα με τις υπάρχουσες ενδείξεις, αυθόρμητη αλυσιδωτή αντίδραση στη φύση, συνέβη όντως στο παρελθόν – περίπου πριν από δύο δισεκατομμύρια, όταν οι ισοτοπικές αναλογίες ήταν διαφορετικές. Η αντίδραση αυτή συνέβη σε ασυνήθιστα υψηλές συγκεντρώσεις μεταλλεύματος υπό ιδιάζουσες συνθήκες).

Για μια αποτελεσματική βόμβα ουρανίου απαιτούνται περίπου 45 kg καθαρού ουρανιου-235 (²³⁵U) ή 75 kg ουρανίου με περιεκτικότητα τουλάχιστον 80% σε ²³⁵U. Όμως το φυσικό ουράνιο περιέχει μόνο 0,7% ²³⁵U, ενώ το υπόλοιπο είναι ²³⁸U. Γι αυτό πρέπει το φυσικό ουράνιο να εμπλουτιστεί, δηλαδή να αυξηθεί η περιεκτικότητά του σε ²³⁵U.

Μέχρι τώρα θεωρούσαμε, με βάση τα δεδομένα του Διεθνούς Οργανισμού Ατομικής Ενέργειας (ΙAEA), ότι για να είναι αποτελεσματική μια πυρηνική βόμβα πρέπει το ουράνιο να είναι εμπλουτισμένο κατά 90%.

Όμως, σύμφωνα με μια πρόσφατη εργασία, εκτιμάται ότι απαιτούνται μόλις 40 κιλά ουρανίου, εμπλουτισμένου κατά 60%, για την κατασκευή μιας πρόχειρης πυρηνικής βομβας με απόδοση κιλοτόνων. Επειδή μια τέτοια βόμβα θα είναι πολύ μεγάλη για να εκτοξευθεί με πύραυλο, ένα τέτοιο όπλο θα μπορούσε να μεταφερθεί ως «εμπορευματοκιβώτιο».

Το ιρανικό απόθεμα περίπου 408 κιλών ουρανίου εμπλουτισμένου κατά 60%, δεν είναι προσβάσιμο στους επιθεωρητές του Διεθνούς Οργανισμού Ατομικής Ενέργειας και αποθηκεύθηκε σε άγνωστες τοποθεσίες. Η γρήγορη μυστική μεταφορά αυτού του υλικού τον Ιούνιο του 2025 ίσως έδωσε (ή θα δώσει) την ευκαιρία σε επίδοξους πυρηνικούς τρομοκράτες να «κλέψουν» 40 κιλά ουρανίου, και να τα χρησιμοποιήσουν στην κατασκευή αυτοσχέδιας πυρηνικής βόμβας, παρόμοια με αυτή που που έριξαν οι αμερικανοί στην Χιροσίμα.

Λεπτομερείς υπολογισμοί που δείχνουν γιατί είναι δυνατή μια τέτοια κατασκευή, περιέχονται στο άρθρο του Matt E. Caplan, με τίτλο «Improvised Nuclear Weapons with 60%-Enriched Uranium» .

Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

Ετικέτες: ΣΧΑΣΗ, PHYSICS