Forskersonen er forskning.nos side for debatt og forskernes egne tekster. Meninger i tekstene gir uttrykk for skribentenes holdninger.

Den 22. juni bombet USA tre av Irans viktigste atomanlegg – Natanz, Fordow og Isfahan. Dette skjedde etter at Israel angrep de samme anleggene 13. juni og drepte flere iranske atomforskere.

Natanz og Fordow er Irans anlegg for anriking av uran, mens Isfahan-anlegget leverer råmaterialene. Skade på disse stedene ville derfor begrense Irans evne til å produsere atomvåpen. Men hva er egentlig urananriking, og hvorfor er det en bekymring?

For å forstå hva det vil si å «anrike» uran, må vi først forstå litt om uranisotoper og hvordan atomer splittes i en kjernereaksjon.

Hva er en isotop?

All materie er bygd opp av atomer, som igjen er bygd opp av protoner, nøytroner og elektroner. Det er antallet protoner som bestemmer atomenes kjemiske egenskaper og hvilket grunnstoff de er.

Atomer har like mange protoner som elektroner. For eksempel har uran 92 protoner, mens karbon har seks. Men det samme grunnstoffet kan ha ulikt antall nøytroner, og da snakker vi om isotoper av samme stoff. Det har nesten ingen effekt på kjemiske reaksjoner, men for kjernereaksjoner kan forskjellen være enorm.

Forskjellen mellom uran-238 og uran-235

Når uran utvinnes fra jorden, består 99,27 prosent av dette av uran-238, som har 92 protoner og 146 nøytroner. Bare 0,72 prosent er uran-235 med 92 protoner og 143 nøytroner. De resterende 0,01 prosentene er andre isotoper.

Hvis det skal brukes i kjernekraftverk eller til atomvåpen, er det nødvendig å endre forholdet mellom isotopene.

Dette er på grunn av de to viktigste uranisotopene, bare uran-235 kan opprettholde en kjedereaksjon: Uranatomet bombarderes, noe som frigjør energi og flere nøytroner – som deretter får andre atomer til å splittes, og reaksjonen fortsetter.

En kjedereaksjon frigjør enorme mengder energi. I et atomvåpen skjer alt på brøkdeler av et sekund, og skaper en voldsom eksplosjon. I et sivilt kjernekraftverk kontrolleres kjedereaksjonen. Kjernekraftverk står for tiden for rundt ni prosent av verdens energiproduksjon.

En annen viktig sivil bruk av kjernekraft er produksjon av isotoper for nukleærmedisin, som brukes til å diagnostisere og behandle en rekke sykdommer.

Så hva er egentlig urananriking?

Når man anriker uran, tar man det naturlig forekommende grunnstoffet og øker andelen uran-235 ved å fjerne noe av uran-238.

Dette kan gjøres på flere måter (inkludert nye metoder utviklet i Australia), men kommersiell anriking skjer i dag vanligvis med sentrifuger. Dette gjelder også Irans anlegg. Sentrifuger utnytter det faktum at uran-238 er omtrent 1 prosent tyngre enn uran-235. 

Uranet omdannes til gass, og sentrifugen snurres slik at den roterer med en hastighet på 50 000 til 70 000 omdreininger per minutt. Den er så rask at sentrifugens yttervegger beveger seg med 400 til 500 meter per sekund.

Det fungerer litt som en salatslynge, der vannet kastes ut til sidene mens salatbladene forblir i midten. Det tyngre uran-238 beveger seg ut til kanten av sentrifugen, mens uran-235 forblir i midten.

Prosessen er imidlertid ikke supereffektiv i ett strekk, så sentrifugeringen gjentas mange ganger for gradvis å øke andelen uran-235. 

De fleste sivile kjernereaktorer bruker «lavanriket uran», der uraninnholdet er anriket til mellom 3 prosent og 5 prosent. Dette betyr at 3–5 prosent av det totale uranet i prøven nå er uran-235, og det er nok til å opprettholde en kjedereaksjon og produsere elektrisitet.

Hvor mye anriking krever atomvåpen?

For å få en eksplosiv kjedereaksjon må uran-235 konsentreres betydelig mer enn det som brukes i kjernereaktorer til kraftproduksjon eller medisin.

Teknisk sett kan man lage et atomvåpen med så lite som 20 prosent uran-235 (som kalles «høyt anriket uran»), men jo høyere anrikingen er, desto mindre og lettere kan selve våpenet være.

Land med atomvåpen bruker vanligvis uran som er anriket til rundt 90 prosent. Dette kalles uran av «våpenkvalitet».

Ifølge Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA) har Iran anriket store mengder uran, opp til 60 prosent, og det er faktisk enklere å gå fra 60 prosent til 90 prosent enn det er å nå de første 60 prosentene.

Dette er fordi det gradvis er mindre og mindre uran-238 igjen som må sorteres ut.

Iran brøt ikke-spredningsavtalen for atomvåpen

Det er derfor man tror det er høy risiko for at Iran kan produsere atomvåpen, og det er derfor sentrifugeteknologien for urananriking holdes hemmelig.

Til syvende og sist er det nøyaktig den samme sentrifugeteknologien som brukes til å produsere brensel til sivile kjernereaktorer som også kan brukes til å produsere atomvåpen.

Inspektører fra Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA) overvåker atomanlegg rundt om i verden for å sikre at land overholder reglene i den globale traktaten om ikke-spredning av atomvåpen.

Iran hevder at de kun anriker uran til «fredelige formål», men IAEA vurderte tidligere denne måneden at Iran har brutt ikke-spredningsavtalen for atomvåpen.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i The Conversation og er oversatt av Stephanie Lammers-Clark (Videnskap DK) og Frithjof Eide Fjeldstad (forskning.no)

Aktuelt fra forskersonen:

Hvorfor verden trenger flere humanister

Matematikk har heldigvis blitt et «snakkefag»