תבנית:ערך מומלץ 6 באוגוסט 2024
.jpg)
קלוטרון הוא מכשיר שתוכנן ופותח לצורך העשרת אורניום בראשית הגישושים המדעיים של פרויקט מנהטן, שבו פותחו ויוצרו פצצות האטום במהלך מלחמת העולם השנייה. הוא פותח על ידי הפיזיקאי האמריקאי ארנסט לורנס על בסיס המצאתו הקודמת, הציקלוטרון, לצורך הפרדת איזוטופים. השם "קלוטרון" (Calutron) נגזר מהמילים: "ציקלוטרון", "אוניברסיטה" ו"קליפורניה", כמחווה ללורנס, ולאוניברסיטת קליפורניה שבה הומצא. הקלוטרון שימש להעשרת אורניום בקנה מידה גדול במפעל Y-12 באתר הגרעיני הגדול באוק רידג' שבמדינת טנסי. האורניום המועשר שיוצר באמצעותו במפעל שימש בפצצת האטום "ילד קטן" שהוטלה על הירושימה ב-6 באוגוסט 1945.
הקלוטרון דומה בעקרון פעולתו לעקרון הפעולה של ספקטרומטר מסה. חומר מיונן מואץ על ידי שדות חשמליים, ומוסט ממסלולו באמצעות שדות מגנטיים. היונים מתנגשים לבסוף בלוח, ומייצרים זרם חשמלי מדיד. מכיוון שליונים של איזוטופים שונים של אותו חומר ישנו מטען חשמלי זהה אך מסותיהם שונות, האיזוטופים הכבדים יותר מוסטים פחות על ידי השדה המגנטי, מה שגורם לקרן החלקיקים להתפצל לכמה אלומות כתלות במסה, כשכל אלומה פוגעת בלוח במקום שונה. ניתן לחשב את מסת היונים על פי עוצמת השדה המגנטי והמטען החשמלי של היונים. במהלך מלחמת העולם השנייה פותחו ויוצרו באוק רידג' קלוטרונים שהתבססו על עיקרון זה כדי להפיק כמויות ניכרות של אורניום-235 ברמת ניקיון גבוהה, שהוא האיזוטופ הבקיע של אורניום ששימש בפצצה. ההפרדה לצורך קבלת איזוטופ זה התבצעה על ידי ניצול הבדל המסה (הקטן) בינו לבין האיזוטופים האחרים (הבלתי בקיעים) של האורניום.
ההפרדה האלקטרומגנטית לצורך העשרת אורניום נזנחה לאחר המלחמה לטובת שיטת ההפרדה בדיפוזיה גזית, שהייתה מסובכת יותר אך גם יעילה יותר. אף שמרבית הקלוטרונים של פרויקט מנהטן פורקו בסוף המלחמה, חלקם נותרו בשימוש כדי לייצר דגימות מועשרות של איזוטופים של יסודות שנכרו בטבע, למטרות צבאיות, מדעיות ורפואיות.