Menu

Piscina de combustible nuclear gastat

Urani enriquit

Urani enriquit

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%) i urani-234 (0,0055%). L'isòtop urani-238 és un isòtop relativament estable, incapaç d'una reacció en cadena nuclear independent, a diferència dels rars urani-235. Actualment, urani-235 és el material fissionable principal en les reaccions en cadena dels reactors nuclears i les tecnologies d'armes nuclears. No obstant això, per a moltes aplicacions, la fracció de l'isòtop urani-235 en urani natural és petita i la preparació de combustible nuclear generalment inclou l'etapa d'enriquiment d'urani.

Raons per a l'enriquiment d'urani

La reacció en cadena nuclear implica que almenys un neutró de l'àtom d'urani format per la descomposició serà capturat per un altre àtom i, en conseqüència, causarà la seva descomposició. En una primera aproximació, això vol dir que el neutró ha de xocar en l'àtom d'urani-235 abans que surti del reactor. Això vol dir que la composició del combustible nuclear amb urani ha de ser prou compacta com perquè la probabilitat de trobar el proper àtom d'urani per a un neutró sigui prou alta. Però a mesura que es produeixen reaccions dins del reactor, l'urani-235 es crema gradualment, el que redueix la probabilitat d'una col·lisió d'un neutró i un àtom d'urani-235. En conseqüència, la baixa proporció d'urani-235 en combustible nuclear requereix:

  • Un volum de reactor més gran perquè el recorregut del neutró sigui més llarg;
  • Una proporció major del volum del reactor ha d'estar ocupada per combustible nucleear per augmentar la probabilitat que un neutró col·lisioni amb un àtom d'urani;
  • Sovint és necessari recarregar el combustible per mantenir una densitat aparent donada d'urani-235 al reactor nuclear;
  • Una alta proporció d'urani-235 alta a combustible gastat.

En el procés de millorar la tecnologia nuclear, es van trobar solucions econòmiques i tecnològiques òptimes que requerien un augment en el contingut d'urani-235 en el combustible, és a dir, l'enriquiment d'urani.

En armes nuclears, la tasca d'enriquiment és gairebé la mateixa: es requereix que en el temps extremadament curt d'una explosió nuclear, el nombre màxim d'urani-235 d'àtoms trobi el seu neutró, la seva descomposició i la seva energia d'alliberament. Per això, necessitem la màxima densitat en massa possible d'àtoms d'urani-235, que es pot aconseguir amb un enriquiment limitat.

El grau d'enriquiment d'urani L'urani natural amb un contingut d'urani-235 de 0,72% s'utilitza en alguns reactors de potència (per exemple, en CANDU canadenc), en reactors que produeixen plutoni (per exemple, A-1) .

L'urani amb un contingut d'urani-235 fins al 20% es denomina poc enriquit. L'urani amb un enriquiment del 2-5% ara s'usa àmpliament en reactors de potència a tot el món. L'urani enriquit fins a un 20% s'usa en reactors d'investigació i experimentals.

L'urani amb un contingut d'urani-235 per sobre del 20% es denomina altament enriquit o arma. En les albors de l'era nuclear, es van construir diversos tipus d'armes nuclears basades en armes basades en urani amb un enriquiment del voltant del 90%. L'urani altament enriquit es pot usar en una arma termonuclear. A més, l'urani altament enriquit s'usa en reactors d'energia nuclear amb una campanya de combustible a llarg termini (és a dir, amb recàrregues rares o sense recarregar en absolut), per exemple, en reactors de naus espacials o reactors de bord.

L'urani empobrit amb un contingut d'urani-235 0,1-0,3% roman en els abocadors de la indústria de l'enriquiment. S'usa àmpliament com a nuclis de projectils perforants d'armadura de projectils d'artilleria causa de l'alta densitat de l'urani i la baratura de l'urani empobrit. En el futur, es proposa utilitzar urani empobrit en reactors de neutrons ràpids, on l'urani-238, que no és compatible amb la reacció en cadena, es pot transmutar en plutoni-239, que és compatible amb la reacció en cadena. El combustible MOX resultant es pot utilitzar en reactors de potència de neutrons tèrmics tradicionals.

Tecnologia per obtenir urani enriquit

Se conocen muchos métodos de separación de isótopos. La mayoría de los métodos se basan en diferentes masas de átomos de diferentes isótopos: el 235 es ligeramente más ligero que el 238 debido a la diferencia en el número de neutrones en el núcleo. Esto se manifiesta en diferentes inercia de los átomos. Por ejemplo, si haces que los átomos se muevan en un arco, los pesados ​​tenderán a moverse a lo largo de un radio más grande que los ligeros.

Els mètodes electromagnètics i aerodinàmics es basen en aquest principi. En el mètode electromagnètic, els ions d'urani s'acceleren en l'accelerador de partícules elementals i es retorcen en un camp magnètic. En el mètode aerodinàmic, el compost gasós d'urani es bufa a través d'un cargol especial de boca. Un principi semblant a la centrifugació de gas: Un compost d'urani gasós es col·loca en una centrífuga, on la inèrcia fa que les molècules pesades es concentrin a prop de la paret de la centrífuga.Los mètodes de difusió tèrmica i de difusió de gas utilitzen la diferència en la mobilitat de les molècules: les molècules de gas amb un isòtop d'urani lleuger són més mòbils que les pesades. Per tant, penetren més fàcilment en els petits porus de les membranes especials amb tecnologia de difusió de gasos. En el mètode de difusió tèrmica, les molècules menys mòbils es concentren a la part inferior més freda de la columna de separació, desplaçant a les més mòbils cap a la part superior calenta. La majoria dels mètodes de separació funcionen amb compostos d'urani gasós, amb més freqüència amb UF 6.

Molts dels mètodes van intentar ser utilitzats per a l'enriquiment industrial d'urani, però en l'actualitat gairebé totes les instal·lacions d'enriquiment d'urani es basen en la centrifugació amb gas. Juntament amb la centrifugació, el mètode de difusió de gas va ser àmpliament utilitzat en el passat.

En les albors de l'era nuclear, es van utilitzar mètodes electromagnètics, de difusió tèrmica i aerodinàmics. Avui dia, la centrifugació demostra els millors paràmetres econòmics per enriquir urani. No obstant això, s'estan realitzant investigacions sobre mètodes de separació prometedors, per exemple, la separació per isòtops amb làser.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 18 de juny de 2019