Mint arról külpolitikai híreinkben már olvashattak, Irán a közelmúltban bejelentette az ipari méretű urándúsítás beindítását, és döntését hangsúlyozandó, 3000 centrifugából álló rendszert helyez üzembe. Egyes szakértők ugyanakkor kétlik, hogy Iránnak lehet ennyi működő centrifugája. A dolog jelentősége rendkívüli, hiszen az egymás után kapcsolt centrifugák számán múlik a dúsítás üteme, több centrifugával pedig rövidebb idő alatt lehet magas dúsítási fokot elérni. Egy atombomba üzemanyaga 3000 centrifugával már egy év alatt előállítható.

Irán elméletileg képes lehet az uránbányászattól az urán dúsításáig terjedő teljes technológiai lépéssorozat kiépítésére és működtetésére. A polgári és katonai alkalmazás ugyanis az urán dúsításánál válik ketté: míg ugyanazt a technológiát alkalmazva kismértékű dúsítással reaktorüzemanyag, nagymértékű dúsítással már fegyveralapanyag gyártható.

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 három neutronnyi eltérés jelentős különbségeket okoz egyes fizikai folyamatokban, mindenekelőtt az atommaghasadásban. Az urán-235 atommag igen jó hasadási tulajdonságokkal rendelkezik, a nehezebb izotóp viszont nem. Ugyanakkor a természetes uránnak csupán 0,7%-a könnyű izotóp, a túlnyomó többségét a nehéz izotóp adja. A felhasználáshoz ezt az arányt meg kell változtatni, hiszen míg az atomerőművek fűtőelemeihez elegendő 3-4%-os dúsítás, az atombomba 90%-nál is magasabb dúsítási fokú uránt igényel.

Dúsítási eljárások

Többféle eljárás létezik arra, hogy az uránban megnöveljék a könnyű izotóp részarányát. Rendszerint az urán fluorral alkotott vegyületével, a gázhalmazállapotú urán-hexafluoriddal dolgoznak. A gázdiffúziós eljárásban az alulról felfelé áramló gáz porózus anyagú válaszfalba ütközik. Ezen a könnyebb izotópot tartalmazó vegyület kisebb tömegű, nagyobb sebességgel mozgó molekulái gyorsabban hatolnak át. A következő egységbe az elsőből kivont, a kezdetinél már valamivel több könnyű izotópot tartalmazó gázkeverék kerül. A lépést sok ezerszer megismételve érhető el a kívánt magas dúsítási fok.

Az elektromágneses szétválasztás során az elektromosan töltött gáz halmazállapotú urán-tetrakloridot erős mágneses téren bocsátják keresztül. A nehezebb izotópot a mágneses tér kevésbé téríti el útjából, mint a könnyűt.

Az első gázdiffúziós és az első elektromágneses dúsító üzem az amerikai atombomba létrehozására épült a II. világháború alatt. Az 1970-es évektől már lézeres dúsítással kísérleteztek, mely azon alapul, hogy az atommag körül keringő elektronok meghatározott energiaszinteket foglalnak el, és a két uránizotóp energiaszintjei kissé eltérnek egymástól. Ha az atomokat olyan fénnyel sugározzák be, amelynek megfelelő energia-szintkülönbség csak az egyik izotópban fordul elő, akkor az egyik izotópfajta "megjelölhető". Méghozzá úgy, hogy a lézeres besugárzás hatására az atom elveszít egy elektront, így az egyik izotóp atomjai pozitív elektromos töltést mutatnak, míg a másik izotóp atomjai megmaradnak semleges állapotban. A töltött és a semleges atomok elektromos térrel pedig könnyen szétválaszthatók.

Forrás: EPA

A natanzi urándúsító

A ma legelterjedtebb urándúsítási eljárásban centrifugákat használnak. A szétválasztás alapja a gázdiffúziós eljáráshoz hasonlóan itt is a két izotóp tömegének különbözősége. A két eljárás azonban másban is hasonlít egymásra: mindkettő urán-hexafluorid gázzal dolgozik és mindkettő sok ezer, egymás után kapcsolt egységből áll. Lényeges különbség ugyanakkor, hogy a centrifugás eljárás jelentősen kisebb energia befektetést igényel, mint a gázdiffúziós. A háztartási centrifuga működési elvéhez hasonló ultracentrifuga a forgása közben jelentkező centrifugális erőt hasznosítja a szétválasztásban. A forgó centrifugában a nehezebb izotóp a henger széléhez sodródik, a könnyebb pedig a henger belsejében marad. A középről kivezetett, a kiindulási aránynál már több könnyű izotópot tartalmazó gáz kerül a következő centrifugába, és ez így megy tovább sok ezer lépésben. A modern centrifugák 60-90 ezer fordulatot végeznek percenként, hiszen a megfelelő szétválasztáshoz rendkívül gyors forgásra van szükség. A nagy fordulatszám miatt könnyű, de kellően szilárd anyagokból kell megépíteni a berendezést. A nagy fordulatszám szab határt a centrifuga méreteinek is, ezért van szükség sok kis egységre. Komoly műszaki probléma a gáz bevezetése és a kétféle termék elvezetése, valamint az ehhez szükséges szelepek megépítése. Mindemellett a centrifuga belsejét is ellenállóvá kell tenni a kémiailag rendkívül aktív urán-hexafluorid gázzal szemben. Erre a célra az amerikai gázdiffúziós dúsítóban használtak először bevonatként teflont (politetrafluor-etilént). (A teflon tíz évvel később, 1954-ben jelent meg először konyhai serpenyők bevonataként. Közkeletű, de téves vélekedés szerint a teflon az űrkutatásból került át a hétköznapokba. Első ipari alkalmazása valójában az urándúsítás volt.)

2006. júniusban a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) megállapítása szerint az iráni Natanzban urán-hexafluorid gázzal töltöttek fel egy 164 centrifugából álló rendszert. Akkor szakértők vitatták, hogy Irán egyáltalán képes kellő tisztaságú urán-hexafluorid előállítására. Mégha Irán valóban rendelkezik is 3000 működő centrifugával, pusztán a számadatokból még nem lehet egyértelműen következtetni arra, hogy a program polgári vagy katonai célokat szolgál-e. A 3000 centrifuga ugyanis kisebb, párhuzamosan működő blokkokba is szervezhető, s ekkor bizonyosan atomerőművi üzemanyag előállítása a cél. Amennyiben valamennyi centrifugát egymás után kötik, már elérhetővé válik az atomfegyver gyártásához szükséges nagy dúsítási mérték. A kérdés érdemben csak helyszíni ellenőrzéssel dönthető el.

Jéki László