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El uranio es utilizado como fuente de energía en reactores nucleares y fue utilizado para fabricar la primera bomba atómica arrojada sobre Hiroshima en 1945. [1] X Fuente de investigación El uranio es extraído en forma de un mineral denominado pechblenda, [2] X Fuente de investigación y consiste de numerosos isótopos con diferentes pesos atómicos y de diferentes niveles de radioactividad. Para ser usado en reacciones de fisión, la cantidad del isótopo de uranio U 235 debe incrementarse hasta un nivel que permita la fisión en un reactor o bomba. Este proceso es denominado enriquecimiento de uranio y existen diversas maneras de llevarlo a cabo.
Pasos
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Decide el uso que le darás al uranio. La mayoría del uranio extraído contiene solo un aproximado de 0.7 porciento de U 235 , encontrándose su parte restante (la mayor parte) compuesta por el isótopo más estable de U 238 . [3] X Fuente de investigación Según el tipo de reacción de fisión en el que el uranio vaya a ser utilizado dependerá el nivel al que el U 235 debe incrementarse, para que así este sea utilizado eficientemente.
- El uranio utilizado en la mayor parte de las plantas de energía debe enriquecerse a un nivel entre 3 y 5 por ciento de U 235 . [4] X Fuente de investigación [5] X Fuente de investigación [6] X Fuente de investigación Algunos pocos reactores nucleares, como los de CANDU en Canadá (por sus siglas en inglés) o el reactor Magnox en Reino Unido, han sido diseñados para enriquecer uranio. [7] X Fuente de investigación
- En contraste, el uranio utilizado en bombas y ojivas atómicas requiere ser enriquecido al 90 por ciento de U 235 . [8] X Fuente de investigación
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Convierte el mineral de uranio en un gas. La mayoría de los métodos que existen hoy en día para el enriquecimiento de uranio requieren que el mineral sea transformado en un gas de baja temperatura. Con ese fin, lo usual será bombear gas de flúor hacia una planta de conversión de minerales; entonces, el gas de óxido de uranio reaccionará con el gas de flúor y con esto se producirá hexafluoruro de uranio (UF 6 ). Se deja que el gas actúe para separar y reunir los isótopos de U 235 .
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Enriquece el uranio. Las secciones restantes de este artículo describen los diferentes procesos que existen para enriquecer uranio. De todos esos procesos, los procesos de difusión gaseosa y centrifugación de gases son los dos más comunes, sin embargo, se espera que el proceso de separación de isótopos por láser los reemplace. [9] X Fuente de investigación [10] X Fuente de investigación
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Convierte el gas UF 6 en dióxido de uranio (UO 2 ). Una vez enriquecido el uranio, es necesario convertirlo en una forma sólida y estable para su uso requerido.
- El dióxido de uranio utilizado como combustible en los reactores nucleares se produce en forma de bolillas (pellets) de cerámica sinterizada, alojadas en tubos de metal que llegan a formar barras de 4 metros (13.12 pies) de largo [11] X Fuente de investigación
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Bombea UF 6 a través de los ductos.
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Haz que el gas pase a través de un filtro poroso o una membrana. En tanto el isótopo U 235 es más ligero que el isótopo U 238 , el UF 6 que contenga el isótopo más ligero se esparcirá a través de la membrana de forma más rápida que el que contenga isótopos más pesados.
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Repite el proceso de difusión hasta que se haya colectado suficiente U 235 . La difusión repetitiva es denominada en “cascada”. Puede tomar hasta 1.400 difusiones a través de membranas porosas para obtener suficiente U 235 y así enriquecer suficientemente el uranio. [12] X Fuente de investigación
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Condensa el gas UF 6 para que adquiera forma líquida. Una vez que el gas esté lo suficientemente enriquecido, debe condensarse en forma líquida y luego ser almacenada en depósitos, en donde se enfriará y solidificará para ser transportados y convertidos en pelotillas de combustible.
- Debido al número de difusiones requeridas, este proceso conlleva el consumo de mucha energía y, por tanto, va quedando fuera de uso. En los Estados Unidos solo queda una planta de enriquecimiento mediante difusión gaseosa, la cual está localizada en Paducah, Kentucky. [13] X Fuente de investigación
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Ensambla un número de cilindros giratorios de alta velocidad. Estos cilindros serán las centrifugadoras. Las centrifugadoras son ensambladas en series de dos y montadas paralelamente.
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Bombea el gas UF 6 dentro de las centrifugadoras. La centrifugadora usará aceleración centrípeta para enviar el U 238 más pesado que tuviese hacia las paredes del cilindro y el U 235 más ligero hacia el centro de la misma.
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Extrae los gases que se han separado en el proceso.
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Reprocesa los gases separados en diferentes centrifugadoras. Los gases ricos en U 235 son enviados a una centrifugadora en donde aún más U 235 será extraído; mientras que el gas de U 235 agotado va hacia una centrifugadora distinta, con el fin de que se extraiga el restante U 235 . Esto le permite al proceso de centrifugado extraer mucho más U 235 que el proceso de difusión gaseosa. [14] X Fuente de investigación
- El proceso de centrifugación gaseosa fue desarrollado por primera vez en la década de los 40, pero no adquirió relevancia hasta su uso en la década de los 60, cuando su bajo requerimiento de energía para producir uranio enriquecido se volvió importante. [15] X Fuente de investigación Actualmente, una planta de procesamiento de gas por medio de centrifugación existe en los Estados Unidos, en Eunice, Nuevo México. [16] X Fuente de investigación En comparación, Rusia posee 4 plantas de ese tipo, Japón y China poseen dos plantas cada uno, mientras que Reino Unido, Países Bajos y Alemania poseen una cada una. [17] X Fuente de investigación
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Construye una serie de tanques estacionarios angostos.
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Inyecta gas UF 6 dentro de los cilindros a alta velocidad. El gas es inyectado dentro de los cilindros, de forma tal, que es inducido a girar de forma ciclónica, produciendo la misma separación del U 235 y del U 238 que el obtenido mediante rotación centrífuga.
- Un método que viene desarrollándose en Sudáfrica inyecta el gas en los cilindros desde una tangente. Actualmente está siendo probado con isótopos ligeros, como los encontrados en el silicio. [18] X Fuente de investigación
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Licua el gas UF 6 bajo presión.
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Construye un par de tubos concéntricos. Los tubos deben ser lo suficientemente altos, pues a más altura, mayor será la separación de los isótopos de U 235 y U 238 .
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Rodea los tubos con una cubierta de agua. Esto enfriará el exterior del tubo.
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Inyecta el UF 6 líquido entre los tubos.
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Calienta el interior del tubo con vapor. El calor creará una corriente de convección en el UF 6 , el mismo que extraerá los isótopos de U 235 al ser estos más ligeros, y lo dirigirá hacia el centro más caliente del tubo y empujará los isótopos U 238 más pesados hacia la parte más fría y externa del tubo.Anuncio
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Ioniza el gas UF 6 .
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Pasa el gas a través de un campo magnético fuerte.
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Separa los isotopos del uranio ionizados, identificándolos por los trazos que dejan al pasar por el campo magnético. Los iones de U 235 dejan trazos que forman una curvatura diferente a las dejadas por el U 238 . Aquellos iones pueden ser aislados con el fin de enriquecer el uranio.
- Este método fue usado para procesar el uranio de las bombas atómicas que fueron arrojadas sobre Hiroshima en 1945 e, igualmente, es el método de enriquecimiento utilizado por Irak en su programa de armamento nuclear de 1992. Este método requiere 10 veces más energía que el de difusión gaseosa, volviéndolo poco práctico para programas de enriquecimiento a gran escala. [21] X Fuente de investigación
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Ajusta el láser a un color específico. La luz del láser debe estar completamente en una longitud de onda (monocromática). Esta longitud de onda solo se concentrará en los átomos U 235 , dejando los átomos U 238 intactos.
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Ilumina el uranio con la luz del láser. A diferencia de los otros procesos de enriquecimiento de uranio, en este caso no es necesario utilizar gas de hexafluoruro de uranio, a pesar de que la mayoría de otros procesos con láser lo requieran. También puedes utilizar una aleación de uranio y hierro como fuente de uranio, el mismo que puede conseguirse mediante el proceso de separación de isótopos de vapor atómico por láser (AVLIS, según siglas en inglés).
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Extrae los átomos de uranio mediante electrones en estado excitado. Estos serán átomos de 235 U.Anuncio
Consejos
- Algunos países reprocesan los combustibles nucleares con el fin de recuperar el uranio y plutonio empobrecido creados durante el proceso de fisión. El uranio reprocesado debe ser despojado de los isótopos U 232 y U 236 formados durante la fisión, y si son enriquecidos, deberá hacerse a un nivel superior al del uranio nuevo (uranio no utilizado), ya que el U 236 absorbe neutrones y, por ende, inhibe el proceso de fisión. Es por ello que el uranio reprocesado debe mantenerse separado del uranio que, por primera vez, ha sido enriquecido. [22] X Fuente de investigación
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Advertencias
- El uranio en sí es levemente radioactivo; sin embargo, cuando es convertido en gas UF 6 se convierte en un químico tóxico que reacciona con el agua y forma una forma corrosiva de ácido fluorhídrico (este gas es comúnmente denominado “ácido para realizar grabados” por su uso para grabar en vidrio). [23] X Fuente de investigación Por tanto, las plantas de enriquecimiento de uranio requieren de las mismas medidas de protección que las plantas químicas que trabajan con flúor, lo cual incluye mantener el gas UF 6 la mayor parte del tiempo bajo poca presión y usar un número extra de niveles de contención en las áreas que requieran presiones altas. [24] X Fuente de investigación
- El uranio reprocesado debe mantenerse bajo un fuerte blindaje, pues el U 232 que contiene se descompone en elementos que emiten considerables cantidades de radiación gamma. [25] X Fuente de investigación
- El uranio enriquecido normalmente puede ser reprocesado por solo una vez. [26] X Fuente de investigación
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Referencias
- ↑ http://www.atomicheritage.org/history/science-behind-atom-bomb
- ↑ http://www.britannica.com/EBchecked/topic/462007/pitchblende
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.cnn.com/2013/11/20/world/gallery/uranium-enrichment-explainer/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
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- ↑ http://www.atomicarchive.com/History/mp/p2s6.shtml
- ↑ http://www.globalsecurity.org/wmd/intro/u-thermal.htm
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://emedicine.medscape.com/article/773304-overview
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
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