Centrifugador Zippe

Representació d'una centrífuga de gas tipo Zippe en U-238 en blau obscur i U-235 en blau clar.

Una centrifugador Zippe és un dispositiu de separació i recollida d'Urani-235. Va ser desenrollat en l'Unió Soviètica per un equip de 60 científics alemans fets presoners despuix de la Segona Guerra Mundial. Deu el seu nom al del científic cap del proyecte, Gernot Zippe.

L'urani natural consta de dos isòtops principalment; el majoritari és el U-238, en una abundància relativa del 99,3%, mentres el U-235, l'isòtop fisible, està present en un 0,7%, aproximadament. Si l'urani natural s'enriquix fins a un 5% de U-235, pot usar-se com a combustible per a reactors nuclears de fissió d'aigua llaugera. A un 90%, és apte per a la fabricació d'armes nuclears. L'enriquiment d'urani és molt dificultoso, ya que abdós isòtops tenen masses molt paregudes, de manera que el U-235 és només un 1,26% més llauger que el U-238. Es necessita una centrifugador que rote a 1500 revolucions per segon o 90000 rpm. En comparació, una llavadora centrifugando trencada típicament a entre 500 i 1300 rpm, i un motor d'explosió pot funcionar a un màxim de 7000 o 8000 rpm. Estes centrifugador tenen un rotor buit ple d'urani gaseós, en forma d'hexafluoruro d'urani, UF₆. Un camp magnètic pulsante, similar als usats en els motors elèctrics, fa girar ràpidament el tambor, de manera que el U-238 és llançat cap a la part exterior, mentres que el U-235, més llauger, s'acumula en la part central. La part inferior es calfa, creant corrents de convecció que llancen el U-235 cap a dalt, a on s'arreplega, i el U-238 s'acumula en la part d'avall.

Per a reduir la fricció, el rotor gira en el buit. Un cojinete magnètic manté la part superior del rotor en el seu lloc, i l'únic contacte físic és un cojinete tipo agulla sobre el que es recolza el rotor. Despuix de la lliberació en 1956 dels científics que havien treballat en este proyecte, Gernot Zippe es va sorprendre en observar el retart que duyen els ingeniers occidentals en la seua tecnologia d'centrifugador. Zippe va ser capaç de reproduir el seu disseny en l'Universitat de Virginia, en els Estats Units, despuix de lo que va publicar dit disseny, pese a que els soviètics havien confiscat les seues notes. Més vesprada, en els anys 1960, en Europa, el Dr. Zippe i els seus colaboradors varen millorar el disseny en canviar el material del rotor, d'alumini a acer maraging, lo que va permetre majors velocitats de gir. Este disseny millorat va ser utilisat per la companyia Urenco per a produir urani enriquit per a us civil.

Els detalls exactes de disseny de la centrifugador Zippe són secrets celosament guardats, pero el rendiment de dites centrifugador pot millorar-se fent-les funcionar més temps i a majors velocitats. Per a conseguir açò, s'usen materials més resistents com la fibra de carbono i materials composts reforçats, ademés de tècniques que disminuïxen les vibracions potencialment perilloses, com l'us de rotors tipo mancha per a permetre una flexión controlada del rotor, ademés d'un control estricte de la velocitat de rotació per a assegurar-se que la centrifugador no funciona durant molt temps a velocitats a on la resonància pot ser un problema.

Les centrifugador Zippe són prou difícils de construir, i es necessiten components cuidadosadament mecanisats. Per a fer-se una idea de la precisió requerida, en 2006 es va saber que la chicoteta massa d'una huella dactilar depositada sobre una prototip d'centrifugador iraní va ser suficient per a destrossar una d'estes centrifugador. No obstant, este método és molt més barat que uns atres i es pot usar en relativa discreció. Açò fa que la centrifugación siga una tècnica molt usada en programes secrets d'enriquiment d'urani en fins militars i molt possiblement aumenta els riscs de proliferació nuclear. Els sistemes d'centrifugador en série o cascada, al contrari que les plantes de difusió gaseosa, contenen poc material en el seu interior en cada moment.

En 2004, l'ingenier pakistaní Abdul Qadeer Khan va admetre que estaven immersos en una ret de contrabando que suministrava centrifugador Zippe a a lo manco tres països. El programa nuclear pakistaní ha desenrollat les centrifugador P1 i P2, dos tipos d'centrifugador desplegades en gran número. Les P1 usen un rotor d'alumini, mentres que les P2 ho tenen d'acer maraging, més resistent, capaç de girar més ràpit i per tant de separar més cantitat de U-235 per centrifugador que les P1.