Juba mõnda aega on uudiste tulipunktis olnud Iraani keeldumine loobuda oma tuumaprogrammist. Ajakirjanduses vilksatavad mõisted nagu „uraani rikastamine“ (enrichment), „tuumakütus“ (nuclear fuel), „tsentrifuugid” jm. Mida see kõik tähendab? Püüan alljärgnevalt neid mõisteid selgitada. Vajaliku tagapõhja saamiseks peame vaatlema mateeria algosakest, aatomit.

Laias laastus koosneb aatom tuumast ja selle ümber tiirlevatest elektronidest. Viimased on samad elementaarosakesed, mis voolavad „elektrina” teie lambitraadis. Aatomit võib seega võrrelda Päikesesüsteemiga, kus tuum on Päike ja tuuma ümber tiirlevad elektronid on planeedid. Tegelikkus on küll keerulisem, kuid illustratsiooniks see pilt sobib.

Võiks nüüd küsida, et kui aatomi välispinna moodustavad elektronid, miks pole seda väliselt märgata? Kannavad ju elektronid negatiivset elektrilaengut. Ometi on metallitükk (näiteks nuga laual) elektriliselt neutraalne. Seletus on, et aatomi tuumal on sama tugev positiivne elektrilaeng ja need kaks laengut neutraliseerivad teineteist.

Mis kannab aga tuumas positiivset „elektrit”? Selleks on elementaarosake prooton. Nii näiteks on vesinikul üks elektron ja tuumas üks prooton. Kloorgaasil on kumbagi 17, vasel 29, seatinal 82 ja uraanil 92. Algelementide aatomid on seega erineva struktuuriga.

Läheme nüüd sammu kaugemale. Võtame prootoni ja paneme ta n-ö kaalule (toores võrdlus, aga jälle — illustratsiooniks sobiv!). Grammide ja naelte asemel defineerime uue „kaaluühiku“ – prootoni massi. Vesiniku tuumas on üks prooton, seega peaks vesiniku aatomi mass olema täpselt 1 (elektronid ei kaalu peagu midagi; aatomi mass on ta tuuma mass). Sama loogika järgi peaks kloori aatomikaal olema 17, vasel 29 jne. Aga ei ole!! Vastavad numbrid on hoopis 35.45 ja 63.55. Vesinikku suurema täpsusega mõõtes saame siingi 1.000 asemel 1.008. Midagi on korrast ära.

Esialgne lahendus on, et aatomituumas leiduvad peale prootonite veel teised elementaarosakesed – neutronid. Neutronil pole elektrilaengut (sellest ta nimi), kuid ta mass on peaaegu võrdne prootoni omaga (0.14% suurem). Pole siis ime, et näiteks kloori aatomikaal on neutronite tõttu 17 asemel 35.46.

Jaa… aga probleemi see täielikult ei lahenda. Kui arvestada, et neutroni mass on peagu sama mis prootonil („1”), siis peaks aatomi kogumass olema alati väga lähedal täisarvule, sest prootoni või neutroni „kildusid” ei eksisteeri. Ja ometi on kloori aatomi mass 35.46, mõõda kuidas tahad.

Lõpliku lahenduse andis isotoopide avastus 20. sajandi alguses. Isotoop on antud elemendi teisend, kus prootonite arv tuumas on küll sama, kuid neutronite arv on erinev. Nii näiteks on kloorgaasil (märk Cl) kaks peamist isotoopi, nn Cl 35 (75.4%) ja Cl 37 (24.6%). Esimesel on igas tuumas 17 prootonit ja 18 neutronit, teisel on vastavalt 17 ja 20. Mis ime siis, et sellise segu keskmist aatomkaalu mõõtes saame murdarvulise tulemuse.

Oleme nüüd valmis Iraani tuumaprogrammi arutama. Lugeja on ehk märganud, et artiklites esinevad uraani kohta kaks sümbolit – U 238 ja U 235. Need on uraani kaks tähtsamat isotoopi (prootoneid 92, neutroneid esimesel 146, teisel 143). Energia tootmiseks vajalik ahelreaktsioon toimub aga ainult isotoobis U 235, mida looduslikus uraanis leidub vaid 0.7%. Esimene ülesanne on seega U 235 eraldamine teisest isotoobist. Seda aga keemiliselt teha ei saa, sest elemendi keemilised omadused olenevad tuuma ümber tiirlevate elektronide konfiguratsioonist mis on antud elemendi kõikidel isotoopidel sama. Ometi on vajalik tõsta aatomijõujaama (tuumakütus) tarbeks U 235 osa u 5%-ni. Aatomipomm nõuab veelgi enam – vähemalt 90% (nn „weapons-grade”) toorainet. Kuidas seda teha?

U 235 rikastamine toimub kahel viisil. Uraani maak muudetakse alul gaasiks (uraani heksafluoriid). Difusioonitehnikas pumbatakse gaas läbi poorsete metallist membraanide. U 235-ga aatomid imbuvad läbi veidi kergemini kui U 238. Peale tuhandete (!) membraanide läbimist tõuseb U 235 protsent. Vertikaalses tsentrifuugis pannakse gaas tohutu kiirusega tiirlema (kuni 90.000 rpm). U 235 jääb rohkem keskele, U 238 koondub välisseina poole. Jälle on tarvis tuhandeid tsentrifuuge, et praktilisi tulemusi saavutada. Iraan väidab, et teda huvitab vaid tuumakütus, seega 5%-line materjal. Aga – kui on küllalt seadeldisi, aega ja raha, võib toota ka 90%-list toorainet. Siit on pommini on veel vaid väike samm.

Märkmed: