El uranio se utiliza como fuente de energía en reactores nucleares y se utilizó para fabricar la primera bomba atómica, que se lanzó sobre Hiroshima en 1945. El uranio se extrae como un mineral llamado pechblenda y se compone de varios isótopos de peso atómico y varios niveles diferentes. de radiactividad. Para su uso en reacciones de fisión, el número de isótopos 235U debe aumentarse a un nivel que esté listo para la fisión en el reactor o la bomba. Este proceso se llama enriquecimiento de uranio y hay varias formas de hacerlo.
Paso
Método 1 de 7: Proceso de enriquecimiento básico
Paso 1. Decida para qué se utilizará el uranio
La mayor parte del uranio extraído contiene solo alrededor del 0,7 por ciento 235U, siendo la mayor parte del resto el isótopo 238más estable U. El tipo de reacción de fisión que desea hacer con el uranio determina cuánto aumento 235Debe hacerlo para que el uranio se pueda utilizar de forma eficaz.
- El uranio utilizado en la mayoría de los motores de energía nuclear debe enriquecerse al 3-5 por ciento. 235U. (Algunos reactores nucleares, como el reactor CANDU en Canadá y el reactor Magnox en el Reino Unido, están diseñados para utilizar uranio no enriquecido).
- Por el contrario, el uranio, que se utiliza para bombas atómicas y ojivas, debe enriquecerse al 90 por ciento. 235U.
Paso 2. Convierta el mineral de uranio en gas
La mayoría de los métodos de enriquecimiento de uranio actualmente disponibles requieren que el mineral de uranio se convierta en un gas a baja temperatura. El gas flúor generalmente se bombea a la máquina de conversión de mineral; El gas de óxido de uranio reacciona con el flúor para producir hexafluoruro de uranio (UF6). Luego, el gas se procesa para separar y recolectar los isótopos. 235U.
Paso 3. Enriquece el uranio
Las secciones posteriores de este artículo describen los diversos procesos disponibles para enriquecer uranio. De todos los procesos, la difusión de gas y la centrifugación de gas son los dos más comunes, pero se espera que la separación de isótopos por láser los reemplace.
Paso 4. Cambie el gas UF6 a dióxido de uranio (UO2).
Una vez enriquecido, el uranio debe convertirse en una forma sólida estable para usarlo como se desee.
El dióxido de uranio utilizado como combustible para los reactores nucleares se transforma en granos de núcleo cerámico que se envuelven en tubos metálicos para que se conviertan en barras de hasta 4 m de altura
Método 2 de 7: Proceso de difusión de gas
Paso 1. Bombear gas UF gas6 a través de la tubería.
Paso 2. Bombee el gas a través de un filtro o membrana porosa
Debido al isótopo 235U es más ligero que el isótopo 238U, UF6 los isótopos más ligeros se difundirán a través de la membrana más rápidamente que los isótopos más pesados.
Paso 3. Repita el proceso de difusión hasta que haya suficiente 235U recogido.
La difusión repetida se llama estratificada. Puede tomar hasta 1400 filtraciones a través de una membrana porosa para obtener suficiente 235U para enriquecer bien el uranio.
Paso 4. Condensación de gas UF6 en forma líquida.
Una vez que el gas se ha enriquecido lo suficiente, el gas se condensa en un líquido, luego se almacena en un recipiente, donde se enfría y solidifica para ser transportado y convertido en granos de combustible.
Debido a la gran cantidad de filtrado requerido, este proceso consume mucha energía, por lo que se detiene. En los Estados Unidos, solo queda una planta de enriquecimiento por difusión de gas, ubicada en Paducah, Kentucky
Método 3 de 7: Proceso de centrifugación de gas
Paso 1. Instale varios cilindros giratorios de alta velocidad
Este cilindro es una centrífuga. La centrífuga se instala en serie o en paralelo.
Paso 2. Flujo de gas UF.6 en la ruleta.
La centrífuga utiliza aceleración centrípeta para entregar un gas que contiene 238U más pesado a la pared del cilindro y el gas que contiene 235más ligero U al centro del cilindro.
Paso 3. Extraiga los gases separados
Paso 4. Vuelva a procesar los dos gases separados en dos centrífugas separadas
Gas rico 235U fue enviado a una centrífuga donde 235U se extrae aún más, mientras que el gas que contiene 235La U reducida se alimenta a otra centrífuga para extraer 235El resto de U. Esto permite centrifugar para extraer mucho más 235U que puede extraerse mediante el proceso de difusión de gas.
El proceso de centrifugación de gas se desarrolló por primera vez en la década de 1940, pero no se le dio un uso significativo hasta la década de 1960, cuando su capacidad para llevar a cabo procesos de enriquecimiento de uranio de menor energía se volvió importante. Actualmente, la planta de proceso de centrifugación de gas en los Estados Unidos se encuentra en Eunice, Nuevo México. En cambio, Rusia tiene actualmente cuatro fábricas de este tipo, Japón y China tienen dos cada una, mientras que Reino Unido, Holanda y Alemania tienen una cada una
Método 4 de 7: Proceso de separación aerodinámica
Paso 1. Cree una serie de cilindros estacionarios estrechos
Paso 2. Inyectar gas UF gas6 en el cilindro a alta velocidad.
El gas se dispara al cilindro de una manera que hace que el gas gire como un ciclón, produciendo así un tipo de separación. 235U y 238la misma U que en el proceso de centrifugación rotatoria.
Un método desarrollado en Sudáfrica es inyectar gas en cilindros uno al lado del otro. Este método se está probando actualmente con isótopos más ligeros como los que se encuentran en el silicio
Método 5 de 7: Proceso de difusión térmica de líquidos
Paso 1. Licuar el gas UF6 bajo presión.
Paso 2. Haga un par de tubos de concentrado
La tubería debe ser lo suficientemente alta, porque la tubería más alta permite una mayor separación de isótopos. 235U y 238U.
Paso 3. Recubra la tubería con una capa de agua
Esto enfriará el exterior de la tubería.
Paso 4. Bombear UF6 líquido entre las tuberías.
Paso 5. Caliente la cámara de aire con vapor
El calor provocará corrientes de convección en UF6 que atraerá el isótopo 235La U más ligera hacia el tubo interior más caliente y empuja el isótopo 238la U más pesada hacia el tubo exterior más frío.
Este proceso se investigó en 1940 como parte del Proyecto Manhattan, pero se abandonó en una etapa inicial de desarrollo cuando se desarrollaron procesos de difusión de gas más eficientes
Método 6 de 7: Proceso de separación de isótopos electromagnéticos
Paso 1. Ionización de gas UF.6.
Paso 2. Pase el gas a través de un fuerte campo magnético
Paso 3. Separe los isótopos de uranio ionizado basándose en los rastros que quedan a medida que atraviesan el campo magnético
Ion 235U deja un rastro con un arco diferente al del ion. 238U. Los iones se pueden aislar para enriquecer uranio.
Este método se utilizó para procesar uranio para la bomba atómica lanzada sobre Hiroshima en 1945 y también es el método de enriquecimiento utilizado por Irak en su programa de armas nucleares en 1992. Este método requiere 10 veces más energía que la difusión gaseosa, por lo que no es práctico para el programa..enriquecimiento a gran escala
Método 7 de 7: Proceso de separación de isótopos por láser
Paso 1. Configure el láser en un color específico
El rayo láser debe ser completamente de una longitud de onda particular (monocromática). Esta longitud de onda solo apuntará a los átomos 235U, y deja que el átomo 238U no se ve afectado.
Paso 2. Aplique un rayo láser sobre el uranio
A diferencia de otros procesos de enriquecimiento de uranio, no es necesario utilizar gas hexafluoruro de uranio, aunque la mayoría de los procesos láser sí lo hacen. También puede utilizar uranio y aleaciones de hierro como fuente de uranio, que se utiliza en el proceso de separación de isótopos por láser de vapor atómico (AVLIS).
Paso 3. Extracción de átomos de uranio con electrones excitados
Será un átomo 235U.
Consejos
Algunos países reprocesan el combustible nuclear gastado para recuperar el uranio y el plutonio que se formaron durante el proceso de fisión. El uranio reprocesado debe eliminarse del isótopo 232U y 236El U se forma durante la fisión y, si se enriquece, debe enriquecerse a un grado superior al del uranio "fresco" porque 236U absorbe neutrones inhibiendo así el proceso de fisión. Por lo tanto, el uranio reprocesado debe almacenarse por separado del uranio recién enriquecido por primera vez.
Advertencia
- El uranio emite solo radiactividad débil; sin embargo, cuando se procesa en gas UF.6, se convierte en una sustancia química tóxica que reacciona con el agua para formar ácido fluorhídrico corrosivo. (Este ácido se denomina comúnmente "ácido de grabado" porque se utiliza para grabar vidrio). Por lo tanto, las plantas de enriquecimiento de uranio requieren las mismas medidas de protección que las plantas químicas que trabajan con flúor, que incluyen mantener a raya el gas UF.6 permanezca bajo presión baja la mayor parte del tiempo y use un nivel adicional de contención en áreas donde se requiere alta presión.
- El uranio reprocesado debe almacenarse en recintos gruesos, porque 232La U que contiene se descompone en elementos que emiten una fuerte radiación gamma.
- El uranio enriquecido normalmente solo se puede reprocesar una vez.
