L'urani enriquit és l'urani que ha passat per un procés tecnològic per augmentar la proporció de l'isòtop urani-235. Com a resultat, l'urani natural es divideix en urani enriquit i urani empobrit.
L'urani natural conté tres isòtops d'urani:
-
Urani-238 (99.2745%)
-
Urani-235 (0.72%)
-
Urani-234 (0.0055%).
L'isòtop urani-238 (amb 238 neutrons) és un isòtop relativament estable, incapaç de generar una reacció nuclear en cadena independent, a diferència de l'isòtop fissionable U-235.
Actualment, l'urani-235 és el material fissionable principal que s'utilitza a les centrals nuclears i en alguns tipus d'armes nuclears com ara la bomba atòmica. No obstant això, per a moltes aplicacions, la proporció de l'urani fissionable (U-235) a l'urani natural és petita i la preparació de combustible generalment inclou un procés d'enriquiment d'urani.
Per què s'enriqueix l'urani?
L'urani enriquit afavoreix les reaccions nuclears en cadena dins dels reactors atòmics.
La reacció en cadena nuclear implica que almenys un neutró alliberat durant una reacció de fissió impacte contra un altre àtom i generi una altra reacció de fissió. Per això cal que el concentrat d'urani sigui prou compacte per augmentar la probabilitat que el neutró alliberat trobi un proper àtom d'urani.
D'altra banda, a mesura que es produeixen reaccions dins dels reactors nuclears, l'urani-235 es gasta reduint la probabilitat d'una col·lisió.
L'enriquiment d'urani és una solució econòmica per augmentar la proporció d'urani-235 al combustible nuclear.
A les armes nuclears també s'utilitza l'urani enriquit. En el disseny de la bomba atòmica cal que en el temps extremadament curt d'una explosió nuclear, el nombre màxim d'urani-235 d'àtoms trobi el neutró, es fissioni i alliberi energia.
Classificació segons el grau d'enriquiment d'urani
L'urani es pot classificar a:
1. Natural
L'urani natural amb un contingut d'urani-235 de 0,72% s'utilitza en alguns reactors de potència (per exemple, a CANDU canadenc), en reactors que produeixen plutoni (per exemple, A-1).
2. Poc enriquit
L'urani amb un contingut d'urani-235-20% es denomina poc enriquit. L'urani amb un enriquiment del 2-5% ara es fa servir àmpliament en reactors de potència a tot el món. L'urani enriquit fins a un 20% es fa servir en reactors de recerca i experimentals.
3. Altament enriquit
L'urani amb un contingut d'urani-235 per sobre del 20% s'anomena altament enriquit o arma.
L'urani altament enriquit es pot fer servir en una arma termonuclear.
A més, l'urani altament enriquit es fa servir en reactors d'energia nuclear amb poques recàrregues de combustible (o sense recarregar mai), per exemple, en reactors de naus espacials.
4. Empobrit
L'urani empobrit té un contingut d'urani-235 0,1-0,3%. Generalment és el residu del procés d'enriquiment d'urani.
Aquest material es fa servir àmpliament com a nuclis de projectils perforants d'armadura a causa de l'alta densitat de l'urani i el baix cost.
En el futur, es proposa utilitzar urani empobrit en reactors de neutrons ràpids.
Com s'enriqueix l'urani?
El procés d'enriquiment comença amb l'urani net d'impureses.
Es coneixen molts mètodes de separació d'isòtops. La majoria dels mètodes es basen en diferents masses d‟àtoms de diferents isòtops: el 235 és lleugerament més lleuger que el 238. Això es manifesta en diferents inèrcia dels àtoms.
Els mètodes electromagnètics i la difusió gasosa es basen en aquest principi.
Actualment, gairebé totes les instal·lacions d'enriquiment d'urani es basen en la centrifugació amb gas. L'urani es troba en forma d'hexafluorur d'urani. Després de l'enriquiment, les plantes químiques transformen l'hexafluorur d'urani en diòxid d'urani.
