Hónapok óta a vezető hírekben szerepelnek az iráni és az észak-koreai atomprogrammal kapcsolatos tudósítások. A politikai tárgyalások megértéséhez röviden összefoglaljuk a hírekben szereplő fizikai fogalmakat.
Az atomreaktorokban történő energiatermelés és a pusztító atombomba egyaránt urán alapanyagot használ. A szabályozott energiatermeléshez azonban gyökeresen más izotópösszetételű uránra van szükség, mint a bombához.
A természetben található urán kétféle változatban fordul elő. A könnyű uránizotóp, az urán-235 atommagjában 92 proton mellett 143 neutron, a nehezebb izotópban, az urán-238-ban a 92 proton mellett 146 neutron található. Ez a 3 neutronnyi eltérés jelentős különbségeket okoz egyes fizikai folyamatokban, mindenekelőtt az atommaghasadásban.
Az urán-235 atommagja egyetlen lassú neutront befogva könnyen hasad két közepesen nehéz atommagra, eközben 2-3 neutron lép ki és jelentős mennyiségű energia szabadul fel. A felszabadult neutronokkal újabb maghasadásokat lehet előidézni, így egyre gyorsuló ütemben nő a neutronok és ezzel a maghasadások száma, láncreakció megy végbe. Az atomerőművekben a láncreakciót szabályozzák, korlátok közé szorítják, az atombombában nem. A nehezebb izotóp, az urán-238 nem rendelkezik ilyen jó hasadási tulajdonságokkal, csak gyors neutronok hatására hasad, ezért a polgári és a katonai alkalmazáshoz egyaránt a könnyű izotópra van szükség.
A természetes uránnak azonban csak 0,7%-a a könnyű izotóp, a túlnyomó részt a nehéz izotóp teszi ki. A felhasználáshoz ezt az arányt meg kell változtatni. Többféle eljárás létezik arra, hogy az uránban megnöveljék a könnyű izotóp részarányát. Iránban a gázcentrifugás megoldás kiépítésén dolgoznak, ez a kétféle izotóp tömege közti kis különbséget kihasználva változtatja meg az izotópok arányát. A dúsításhoz, az elérendő dúsítási foktól függően több száz, akár több ezer egymás után kapcsolt centrifugára lehet szükség. Az atomerőművi üzemanyaghoz néhány százalékra, a fegyveralapanyaghoz 80% fölé dúsítják a könnyű izotóp részarányát. Az uránércből először uránoxidot állítanak elő (yellow cake), majd ezt alakítják át gázhalmazállapotú uránhexafluoriddá. Ez a gáz kerül a centrifugákba.
Az iráni helyzetet a Nature hírszolgálatának összefoglalója alapján mutatjuk be. Iránnak van saját uránbányája (Sanghand), ebből a Bandar Abbasban felépített üzemben gyárthatnak uránoxidot. A bánya már működik, a yellow cake üzem még nem. Iszfahánban az uránoxidot uránhexafluorid gázzá alakítják át, ez az üzem működik, az ENSZ Nemzetközi Atomenergia Ügynökség ellenőreinek felügyelete alatt. Urándúsító épül Nantanzban, néhányszáz centrifugát már beszereltek, további ezrek beépítését tervezik. Körülbelül 1 év múlva lesz kész a Busherben épülő 1000 megawatt teljesítményű atomreaktor.
Irán képes lehet az uránbányászattól az urán dúsításáig terjedő teljes technológiai lépéssorozat kiépítésére, működtetésére. A polgári vagy katonai alkalmazás az urán dúsításánál válik ketté. Ugyanazt a technológiát alkalmazva kismértékű dúsítással reaktorüzemanyag, nagymértékű dúsítással pedig fegyveralapanyag állítható elő. Ha az iráni uránt az orosz ajánlatot elfogadva Oroszországban dúsítanák, akkor ez a probléma megoldódna, garantálni lehetne a kismértékű dúsítást.
*
A Koreai Népi Demokratikus Köztársaság (Észak-Korea) atomfegyver programjának részleteiről kevés és bizonytalan információ látott napvilágot. Urán és plutónium hasadóanyag előállítása egyaránt felmerült.
Urán alapú atomfegyver hasadóanyaga létrehozásának főbb lépései: uránbányászat – ércfeldolgozás (urán-oxid, yellow cake gyártás) – az urán-oxid gázhalmazállapotú urán-hexafluoriddá való átalakítása – urándúsítás (gázcentrifugás vagy gázdiffúziós eljárás).
2002. októberben az USA az atomsorompó-egyezmény megsértésével vádolta meg Észak-Koreát, mert amerikai adatok szerint urániumot dúsítanak. Ha az amerikai állítás igaz, akkor Észak-Korea nyilván a teljes uránciklus minden szükséges elemével rendelkezik, és képes lehet kellően dúsított uránt előállítani. Ismeretes, hogy a Jongbjonban (angol átírással Nyongbyong) létesített nukleáris központban működik egy ércfeldolgozó üzem és atomreaktor fűtőelem gyártó üzemet is létesítettek. Észak-Korea következetesen tagadta az urándúsítást, viszont elismerte plutónium programjának létét.
A plutónium mesterségesen előállított, az uránnál nehezebb elem. A Földön nem fordul elő, mert izotópjai már elbomlottak. A plutónium-239 izotóp az urán-235-höz hasonló kedvező maghasadási tulajdonságokkal rendelkezik, ezért atomfegyverek alapanyagaként is felhasználják. Plutóniumbomba volt az első amerikai kísérleti robbantás során 1945. július 16-án Alamogordoban felrobbantott bomba és a Nagaszakiban bevetett bomba. Plutónium-239 izotóp legegyszerűbben úgy hozható létre, hogy az urán nehezebb izotópja, az urán-238 atommagja befog egy neutront, majd két lépésben plutónium-239 atommaggá alakul át.
Az energiatermelő vagy kísérleti atomreaktorok üzemanyagának túlnyomó többsége urán-238 izotóp. Az urán-235 hasadása során felszabaduló neutronok egy részét az urán-238 magok befogják és plutóniummá alakulnak át. Az atomerőmű típusától függ, hogy ez az átalakulási folyamat milyen mértékben megy végbe. Egyes reaktortípusokat kifejezetten plutónium gyártására fejlesztettek ki. Ilyen például a természetes uránnal, grafit moderátorral üzemelő reaktortípus.
A jongbjongi központban üzemel egy ilyen típusú, 5 megawatt elektromos teljesítményű atomreaktor. Természetes uránt hasznosít, tehát nincs szükség az urán előzetes dúsításra, az urán-oxidból közvetlenül fűtőelemeket lehet készíteni. Becslések szerint ebben a reaktorban naponta 10-15 gramm plutónium keletkezik. Plutónium atomfegyverhez 5-8 kilogramm hasadóanyag elégséges, ez 2-3 év alatt előállítható. A besugárzott, plutónium tartalmú fűtőelemeket rövid idő után kiemelik a reaktorból és egy újrafeldolgozó (reprocesszáló) üzemben kivonják belőle a hasznosítandó anyagokat. (Hosszabb besugárzási idő alatt olyan izotópok is felszaporodnának, amelyek ellehetetlenítik a bomba felrobbantását.) Jonbjongban 1987 körül kezdték meg a jelentős reprocesszáló kapacitással rendelkező radiokémiai laboratórium építését.
A plutónium bombák megépítése bonyolultabb műszaki feladat, mint az urán bombák létrehozása. Az uránnál a kritikus tömeget két részre szétszedve építik be, a bomba felrobbantásakor egyesül a két urántömb. Plutóniumból így nem lehet bombát építeni, mert a láncreakció spontán beindulna. A plutóniumból gömbhéjat készítenek, ezt hagyományos robbanóanyaggal berobbantva hozzák létre a kritikus sűrűséget, ez az ún. implóziós megoldás. A gömbfelületre szerelt robbanóanyag részeit rendkívül pontosan egyidőben kell felrobbantani.
Észak-Korea az 1980-as évek végén hozzákezdett két nagyteljesítményű gáz-grafit atomreaktor építéséhez, az építkezést 1994-ben amerikai nyomásra leállították. A kieső villamos energia pótlására az Egyesült Államok néhány évig olajat szállított és új, plutónium gyártására alkalmatlan reaktorok építését ígérte meg, ez nem valósult meg.
Hozzászólások