O urânio é usado como fonte de energia em reatores nucleares e foi usado para fazer a primeira bomba atômica, que foi lançada em Hiroshima em 1945. O urânio é extraído como um minério chamado pechblenda e é composto de vários isótopos de peso atômico e vários níveis diferentes de radioatividade. Para uso em reações de fissão, o número de isótopos 235U deve ser aumentado para um nível que esteja pronto para a fissão no reator ou bomba. Esse processo é chamado de enriquecimento de urânio e existem várias maneiras de fazê-lo.
Etapa
Método 1 de 7: Processo de enriquecimento básico
Etapa 1. Decida para que o urânio será usado
A maior parte do urânio extraído contém apenas cerca de 0,7 por cento 235U, com a maior parte do restante sendo o isótopo 238U mais estável. O tipo de reação de fissão que você deseja fazer com o urânio determina o quanto de aumento 235Você deve fazer isso para que o urânio possa ser usado com eficácia.
- O urânio usado na maioria dos motores de energia nuclear precisa ser enriquecido em 3-5 por cento 235U. (Alguns reatores nucleares, como o reator CANDU no Canadá e o reator Magnox no Reino Unido, são projetados para usar urânio não enriquecido.)
- Em contraste, o urânio, que é usado para bombas atômicas e ogivas, precisa ser enriquecido a 90 por cento 235VOCÊ.
Etapa 2. Transforme o minério de urânio em gás
A maioria dos métodos de enriquecimento de urânio atualmente disponíveis requer que o minério de urânio seja convertido em um gás de baixa temperatura. O gás flúor é normalmente bombeado para a máquina de conversão de minério; O gás de óxido de urânio reage com o flúor para produzir hexafluoreto de urânio (UF6) O gás é então processado para separar e coletar os isótopos 235VOCÊ.
Etapa 3. Enriquecer o urânio
As seções posteriores deste artigo descrevem os vários processos disponíveis para enriquecer urânio. De todos os processos, a difusão de gás e a centrifugação de gás são os dois mais comuns, mas espera-se que a separação de isótopos a laser substitua os dois.
Etapa 4. Alterar o gás UF6 para dióxido de urânio (UO2).
Depois de enriquecido, o urânio precisa ser convertido em uma forma sólida estável para ser usado conforme desejado.
O dióxido de urânio usado como combustível para reatores nucleares é transformado em grãos de núcleo de cerâmica que são envolvidos em tubos de metal para que se tornem barras de até 4 m de altura
Método 2 de 7: Processo de Difusão de Gás
Etapa 1. Bomba de gás UF6 através do tubo.
Etapa 2. Bombeie o gás através de um filtro ou membrana porosa
Devido ao isótopo 235U é mais leve que o isótopo 238U, UF6 isótopos mais leves se difundirão através da membrana mais rapidamente do que os isótopos mais pesados.
Etapa 3. Repita o processo de difusão até que haja o suficiente 235U coletado.
A difusão repetida é denominada estratificada. Pode demorar até 1.400 filtração através de uma membrana porosa para obter o suficiente 235U para enriquecer bem o urânio.
Etapa 4. Condensação de gás UF6 em forma líquida.
Uma vez que o gás foi suficientemente enriquecido, o gás é condensado em um líquido, a seguir armazenado em um recipiente, onde resfria e solidifica para ser transportado e transformado em grãos de combustível.
Devido à grande quantidade de filtragem necessária, este processo consome muita energia, por isso é interrompido. Nos Estados Unidos, resta apenas uma planta de enriquecimento por difusão de gás, localizada em Paducah, Kentucky
Método 3 de 7: Processo de Centrífuga de Gás
Etapa 1. Instale vários cilindros rotativos de alta velocidade
Este cilindro é uma centrífuga. A centrífuga é instalada em série ou em paralelo.
Etapa 2. Fluxo de gás UF.6 no girador.
A centrífuga usa aceleração centrípeta para fornecer um gás contendo 238U mais pesado para a parede do cilindro e gás contendo 235U mais claro para o centro do cilindro.
Etapa 3. Extraia os gases separados
Etapa 4. Reprocessar os dois gases separados em duas centrífugas separadas
Gás rico 235U foi enviado para uma centrífuga onde 235U é ainda mais extraído, enquanto o gás contendo 235O U reduzido é alimentado em outra centrífuga para extrair 235O restante U. Isso permite que a centrifugação extraia muito mais 235U do que pode ser extraído pelo processo de difusão de gás.
O processo de centrifugação de gás foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1940, mas não foi colocado em uso significativo até a década de 1960, quando sua capacidade de realizar processos de enriquecimento de urânio de baixa energia tornou-se importante. Atualmente, a planta de processo de centrifugação de gás nos Estados Unidos fica em Eunice, Novo México. Em contraste, a Rússia tem atualmente quatro fábricas desse tipo, o Japão e a China têm duas cada, enquanto o Reino Unido, a Holanda e a Alemanha têm uma cada
Método 4 de 7: Processo de Separação Aerodinâmica
Etapa 1. Crie uma série de cilindros estreitos e estacionários
Etapa 2. Injetar gás UF6 no cilindro em alta velocidade.
O gás é disparado no cilindro de uma forma que faz com que o gás gire como um ciclone, produzindo assim um tipo de separação 235Vc e 238o mesmo U do processo de centrifugação rotativa.
Um método desenvolvido na África do Sul é injetar gás em cilindros lado a lado. Esse método está sendo testado atualmente com isótopos mais leves, como os encontrados no silício
Método 5 de 7: Processo de Difusão Térmica de Líquido
Etapa 1. Liquefazer o gás UF6 sob pressão.
Etapa 2. Faça um par de tubos de concentrado
O tubo deve ser alto o suficiente, porque o tubo mais alto permite maior separação de isótopos 235Vc e 238VOCÊ.
Etapa 3. Cubra o tubo com uma camada de água
Isso esfriará a parte externa do tubo.
Etapa 4. Bomba UF6 líquido entre os tubos.
Etapa 5. Aqueça o tubo interno com vapor
O calor causará correntes de convecção em UF6 que vai atrair o isótopo 235O U mais leve em direção ao tubo interno mais quente e empurra o isótopo 238o U mais pesado em direção ao tubo externo mais frio.
Este processo foi pesquisado em 1940 como parte do Projeto Manhattan, mas foi abandonado em um estágio inicial de desenvolvimento quando processos de difusão de gás mais eficientes foram desenvolvidos
Método 6 de 7: Processo de separação de isótopos eletromagnéticos
Etapa 1. Ionização de gás UF.6.
Etapa 2. Passe o gás por um forte campo magnético
Etapa 3. Separe os isótopos de urânio ionizado com base nos traços deixados para trás à medida que passam pelo campo magnético
Íon 235U deixa uma trilha com um arco diferente do íon 238U. Os íons podem ser isolados para enriquecer urânio.
Este método foi usado para processar o urânio para a bomba atômica lançada em Hiroshima em 1945 e também é o método de enriquecimento usado pelo Iraque em seu programa de armas nucleares em 1992. Este método requer 10 vezes mais energia do que a difusão gasosa, o que o torna impraticável para o programa enriquecimento em grande escala
Método 7 de 7: Processo de separação de isótopos a laser
Etapa 1. Defina o laser para uma cor específica
O feixe de laser precisa ter um comprimento de onda específico (monocromático). Este comprimento de onda terá como alvo apenas átomos 235U, e deixe o átomo 238Você não é afetado.
Etapa 2. Faça brilhar um feixe de laser no urânio
Ao contrário de outros processos de enriquecimento de urânio, você não precisa usar gás hexafluoreto de urânio, embora a maioria dos processos a laser o faça. Você também pode usar urânio e ligas de ferro como fonte de urânio, que é usado no processo de separação de isótopos a laser de vapor atômico (AVLIS).
Etapa 3. Extração de átomos de urânio com elétrons excitados
Será átomo 235VOCÊ.
Pontas
Alguns países reprocessam o combustível nuclear usado para recuperar o urânio e o plutônio nele formados durante o processo de fissão. O urânio reprocessado deve ser removido do isótopo 232Vc e 236U é formado durante a fissão e, se enriquecido, deve ser enriquecido com um grau mais alto do que o urânio "fresco" porque 236U absorve nêutrons, inibindo assim o processo de fissão. Portanto, o urânio reprocessado deve ser armazenado separadamente do urânio que foi enriquecido pela primeira vez.
Aviso
- O urânio emite apenas radioatividade fraca; no entanto, quando processado em gás UF.6, torna-se uma substância química tóxica que reage com a água para formar ácido fluorídrico corrosivo. (Esse ácido é comumente chamado de “ácido de gravação” porque é usado para gravar vidro.) Portanto, as fábricas de enriquecimento de urânio exigem as mesmas medidas de proteção que as fábricas de produtos químicos que trabalham com flúor, que incluem manter o gás UF sob controle.6 permaneça sob baixa pressão na maior parte do tempo e use um nível extra de contenção em áreas onde a alta pressão é necessária.
- O urânio reprocessado deve ser armazenado em caixas grossas, porque 232O U nele se decompõe em elementos que emitem forte radiação gama.
- O urânio enriquecido geralmente só pode ser reprocessado uma vez.
