Calutron

Alpha-Version Calutron im Y-12 National Security Complex in Oak Ridge/Tennessee (USA)

Calutron war ein Typ von Anlagen zur Uran-Anreicherung, die nach dem Prinzip eines Massenspektrometers arbeiteten. Calutrone wurden im Rahmen des Manhattan-Projekts (Bau der ersten Atombomben) verwendet. Der Name leitet sich von der Bezeichnung „California University Cyclotron“ ab. Das Gerät wird auch als Massenseparator bezeichnet. Den Namen erhielt das Gerät von seinem Erfinder Ernest O. Lawrence, der es an der Universität von Kalifornien in Livermore entwickelte.

Funktionsprinzip

Schematische Darstellung der Trennung von Uran-Isotopen im Calutron: 235U-Ionen (dunkelblau) werden im Magnetfeld etwas stärker abgelenkt als die etwas schwereren 238U-Ionen (hellblau). Das führt zu einem Konzentrationsgefälle quer zum abgelenkten Ionenstrahl (hier überproportional dargestellt).

Im Calutron werden – wie in einem Massenspektrometer – Proben verdampft, durch Beschuss mit Elektronen in Ionen umgewandelt, in einem elektrischen Feld beschleunigt und anschließend durch die Lorentz-Kraft eines starken Elektromagneten auf eine kreisförmige Bahn gezwungen. Da der Radius der Bahn von der Ladung und der Masse der Teilchen abhängt, werden Teilchen gleicher Ladung, aber verschiedener Masse voneinander getrennt. So ließ sich das für Kernwaffen benötigte Isotop 235U-Ionen von dem viel häufigeren, unerwünschten 238U trennen.

Geschichte

Das Calutron wurde während der 1940er Jahre zunächst in einer sog. Alpha-Version entwickelt, die später zur Beta-Version weiterentwickelt wurde. Calutrone spielten im Rahmen des Manhattan-Projektes eine entscheidende Rolle, wurden aber, da sie jedoch einen hohen Investitions- und Personalbedarf sowie einen enormen Energiebedarf aufweisen, in der Folge durch andere Verfahren (Gasdiffusionsverfahren und Gaszentrifugenverfahren) abgelöst. Das in der Hiroshimabombe Little Boy verwendete 235U wurde durch die in Oak Ridge errichtete und betriebene Calutronanlage auf durchschnittlich 80 % angereichert.

1990 wurde bekannt, dass im Rahmen der Atomwaffenprojekte von Saddam Hussein auch im Irak ein Calutron-Programm in Erwägung gezogen worden war. Berichten zufolge versuchte 1973 auch Libyen – unter der Führung von Muammar al-Gadhafi – 20 Calutrons vom französischen Unternehmen Thomson-CSF zu erhalten. Das Geschäft wurde jedoch von der französischen Regierung gestoppt.

Besonderes

Um in der rohstoffknappen Kriegszeit die Spulen der Elektromagneten für die Calutrone wickeln zu können, wurde kein kriegswichtiges Kupfer verwendet. Vielmehr wurden aus den nationalen Edelmetallreserven des Finanzministeriums der USA 15.000 t Silber zu Draht verarbeitet.

Literarische Erwähnung finden Calutrone im Thriller Die Faust Gottes von Frederick Forsyth, in dem auf die irakischen Pläne zum Bau von Calutronen Bezug genommen wird. Hier wird das Wort allerdings mit K geschrieben.

Quellen

  • Frederick Forsyth: Die Faust Gottes
  • Adelphi Paper 380

Weblinks

Commons: Calutron – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Auf dieser Seite verwendete Medien

Alpha 1 racetrack, Uranium 235 electromagnetic separation plant, Manhattan Project, Y-12 Oak Ridge.jpg
Large electromagnet called "Alpha 1 racetrack" used to separate the isotope uranium-235 from uranium-238 in natural uranium at the Y-12 plant in Oak Ridge, Tennessee, around 1945, part of the secret US World War 2 Manhattan Project to make an atomic bomb. It is divided into sections called alpha calutrons which operate on the principle of the mass spectrometer. In a large vacuum tank the magnetic field bends the path of lighter 235U ions in a beam of uranium ions more than the heavier 238U ions, so the two isotopes separate into separate beams and are collected by separate cups. The calutron tanks are spaced around the ring, located between the coils that generate the magnetic field. Since copper was desperately scarce during World War 2, the magnet's coils were made of thousands of tons of silver, borrowed from the U.S. Treasury. Eventually 14,700 tons were used for coil windings, returned to the Treasury after the war. The rectangular duct around the top of the machine contains the silver bussbar that supplies the current. This technique is no longer used for uranium enrichment.

Caption: "View inside an Alpha 1 building, looking over one track toward the second. The view shows inside and outside tank fronts with enclosed bus running along the top of the tracks. Spare "tank units" may be seen on the floor between the tracks"