Ultracentrifuge

De ultracentrifuge is een met zeer hoge snelheid draaiende gascentrifuge die wordt gebruikt voor isotopenscheiding. Onderzoek naar uraniumverrijking door middel van centrifugetechnologie werd al in de Tweede Wereldoorlog gedaan. Belangrijke namen hierbij zijn de Duitsers Max Steenbeck en Wilhelm Groth, en de Nederlandse collaborateur, Jacob Kistemaker. Het eerste werkzame ontwerp van een ultracentrifuge was echter van de Oostenrijker dr. Gernot Zippe, die in naoorlogse krijgsgevangenschap meewerkte in het Russische kernwapenprogramma.

Op basis van een ontwerp van Kistemaker worden bij de Urenco-vestiging in Almelo ultracentrifuges gebouwd, die worden gebruikt in de verrijkingsfabrieken van Urenco in Almelo, Capenhurst (Verenigd Koninkrijk), en Gronau (Duitsland).

[bewerk] Het probleem

Uranium komt als een mengsel van twee isotopen voor, U-235 en U-238, waarbij natuurlijk uranium slechts weinig U-235 bevat (ca 0,7%), en veel U-238. Voor kernenergie en kernwapens is echter uranium met een hoger gehalte U-235 nodig. Het bereiken van een hoger gehalte U-235 wordt 'verrijken' genoemd. Omdat U-235 en U-238 identieke chemische eigenschappen hebben en in hun fysische eigenschappen maar heel weinig verschillen is de scheiding moeizaam.

[bewerk] Het productieproces

Voor het ultracentrifugeproces laat men het uranium eerst reageren met fluor, zodat uraniumhexafluoride ontstaat. Uraniumhexafluoride is een reactieve stof die echter het voordeel heeft van een laag kookpunt en ook bij kamertemperatuur een aanzienlijke dampspanning. Door de luchtdruk te verlagen, gaat uraniumhexafluoride bij kamertemperatuur in gasvorm over. Dit gas wordt gecentrifugeerd in een ultracentrifuge, die met honderdduizend toeren per minuut draait. De zwaardere fractie, met relatief veel fluorgebonden U-238, wordt door het centriguren meer naar de buitenkant van de centrifuge geslingerd, en wordt daar afgetapt. Zo blijft in het midden van de centrifuge een hogere concentratie U-235 over. Ook dit mengsel wordt afgetapt. Beide fracties worden, met vergelijkbare fracties uit andere centrifuges, in een volgende centrifuge verder bewerkt. Door zeer veel ultracentrifuges achter elkaar te schakelen in een zogeheten 'cascade', en zo het gas herhaald te centrifugeren, kan het percentage U-235 voldoende worden opgevoerd om het uranium te kunnen gebruiken voor kernenergie (concentratie U-235 2 à 3 procent), of zelfs een kernwapen (concentratie U-235 boven de 90 procent; zogeheten weapons grade uranium).

[bewerk] Verspreiding

Als gevolg van spionage door de Pakistaanse natuurkundige Abdul Qadir Khan bij het Fysisch-Dynamisch Onderzoekslaboratorium van Stork in Amsterdam, en bij Urenco in Almelo, staat in het Pakistaanse Kahuta een verrijkingsfabriek voor uranium die werkt met van het Urenco-ontwerp nagebouwde ultracentrifuges. Vanuit Pakistan is de techniek verder verspreid, waarschijnlijk naar Iran, Libië, en Noord-Korea.
Uit de Urenco-vestiging te Gronau is de techniek weggelekt naar Irak.