Wat is uraniumverrijking? En stond Iran dicht bij het maken van een kernwapen?

In de vroege ochtendschemering van vrijdag 13 juni voerde de Israëlische luchtmacht een aanval uit op een van Iran's uraniumverrijkingscomplexen nabij de stad Natanz. De aanvalsraketten waren bedoeld om meer te doen dan alleen beton verbrijzelen. Volgens Israëlische nieuwsberichten moesten ze vooral tijd winnen. Iran leek namelijk al maandenlang steeds dichter bij de zogenaamde 'breakout' te komen: het punt waarop hun groeiende voorraad gedeeltelijk verrijkt uranium kan worden omgezet in brandstof voor een kernbom. (Iran heeft ontkend dat het werkt aan de ontwikkeling van kernwapens.)

Maar waarom vond deze aanval juist nu plaats? Mogelijk heeft dat te maken met de manier waarop verrijkingsinstallaties werken. Natuurlijk uranium bestaat bijna volledig uit uranium-238 (U-238), een relatief 'zwaar' isotoop (met meer neutronen in de kern). Slechts ongeveer 0,7 procent bestaat uit uranium-235 (U-235), een lichter isotoop dat een kernreactie in stand kan houden. Dat betekent dat van elke 1.000 atomen uranium er slechts zeven de lichtere, splijtbare U-235 zijn; 'verrijking' betekent simpelweg dat het percentage U-235 wordt verhoogd.

Drempel

U-235 kan gebruikt worden in kernkoppen omdat de kern ervan makkelijk kan splijten. Het Internationaal Atoomenergieagentschap hanteert 25 kilogram zuivere U-235 als drempelhoeveelheid voor een kernbom van de eerste generatie. In zo'n wapen wordt U-235 omgeven door conventionele explosieven die bij ontsteking het isotoop samenpersen. Een apart apparaat geeft dan een stroom neutronen¹ vrij.

Telkens als een neutron een U-235-atoom raakt, splijt dat atoom en stoot het gemiddeld twee à drie nieuwe neutronen uit, plus energie in de vorm van hitte en gammastraling. De uitgezonden neutronen raken op hun beurt andere U-235-kernen, waardoor een zichzelf in stand houdende kettingreactie ontstaat binnen de tot kritieke massa samengepakte U-235. Het resultaat is een kernexplosie. Het veelvoorkomende isotoop U-238 daarentegen absorbeert meestal langzame neutronen zonder te splijten en kan niet zo'n verwoestende reactie veroorzaken.

Om uranium te verrijken tot het voldoende U-235 bevat, moet het 'yellowcake'-uraniumpoeder uit de mijn een lang proces van omzettingen ondergaan, waarbij het wordt omgevormd van vaste stof naar het gas uraniumhexafluoride. Eerst wordt het uranium chemisch geraffineerd en daarna wordt elk uraniumatoom bij hoge temperatuur gebonden aan zes fluoratomen. Het resultaat, uraniumhexafluoride, is bijzonder: onder 56 graden Celsius is het een wit, wasachtig vast materiaal, maar daarboven sublimeert het naar een dicht, onzichtbaar gas.

Langzaam proces

Tijdens de verrijking wordt dit uraniumhexafluoride geladen in een centrifuge: een metalen cilinder die tienduizenden omwentelingen per minuut draait, sneller dan de bladen van een straalmotor. Terwijl de zwaardere U-238-moleculen naar de wand van de cilinder drijven, blijven de lichtere U-235-moleculen dichter bij het midden en worden ze afgetapt. Dit nieuwe, iets U-235-rijkere gas wordt dan in de volgende centrifuge geplaatst. Het proces wordt tien tot twintig keer herhaald terwijl het gas telkens verder wordt verrijkt via een reeks centrifuges.

Verrijking is een langzaam proces, maar de Iraanse regering werkt hier al jaren aan en beschikt inmiddels over ongeveer 400 kilogram uranium verrijkt tot 60 procent U-235. Dit is nog niet de 90 procent die nodig is voor kernwapens. Maar terwijl Iran’s eerste generatie IR-1-centrifuges ongeveer 63.000 omwentelingen per minuut draaiden en relatief bescheiden werk leverden, zijn de nieuwere IR-6-modellen van sterk koolstofvezel gemaakt, draaien ze sneller en produceren ze veel sneller verrijkt uranium.

Iran heeft duizenden van deze centrifuges geïnstalleerd, vooral in Fordow, een ondergrondse verrijkingsfaciliteit onder een rots van 80 tot 90 meter. Volgens een rapport dat maandag 16 juni werd vrijgegeven door het Institute for Science and International Security, zouden de nieuwe centrifuges in staat zijn om genoeg uranium van 90 procent U-235 te produceren voor een kernkop 'in slechts twee tot drie dagen' en genoeg voor negen kernwapens in drie weken, of negentien kernwapens in drie maanden.

Noten

1. neutronen: Neutronen zijn ongeladen deeltjes in de atoomkern die bijdragen aan de massa.