El uranio enriquecido es el uranio que ha pasado por un proceso tecnológico para aumentar la proporción del isótopo uranio-235. Como resultado, el uranio natural se divide en uranio enriquecido y uranio empobrecido.
El uranio natural contiene tres isótopos de uranio:
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Uranio-238 (99.2745%)
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Uranio-235 (0.72%)
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Uranio-234 (0.0055%).
El isótopo uranio-238 (con 238 neutrones) es un isótopo relativamente estable, incapaz de generar una reacción nuclear en cadena independiente, a diferencia del isótopo fisionable U-235.
Actualmente, el uranio-235 es el material fisionable principal que se utiliza en las centrales nucleares y en algunos tipos de armas nucleares como la bomba atómica. Sin embargo, para muchas aplicaciones, la proporción del uranio fisionable (U-235) en el uranio natural es pequeña y la preparación de combustible generalmente incluye un proceso de enriquecimiento de uranio.
¿Para qué se enriquece el uranio?
El uranio enriquecido favorece las reacciones nucleares en cadena dentro de los reactores atómicos.
La reacción en cadena nuclear implica que al menos un neutrón liberado durante una reacción de fisión impacte contra otro átomo y genere otra reacción de fisión. Para ello es necesario que el concentrado de uranio sea lo suficientemente compacto como para aumentar la probabilidad que el neutrón liberado encuentre un próximo átomo de uranio.
Por otro lado, a medida que se producen reacciones dentro de los reactores nucleares, el uranio-235 se gasta reduciendo la probabilidad de una colisión.
El enriquecimiento de uranio es una solución económica para aumentar la proporción de uranio-235 en el combustible nuclear.
En las armas nucleares también se utiliza el uranio enriquecido. En el diseño de la bomba atómica se requiere que en el tiempo extremadamente corto de una explosión nuclear, el número máximo de uranio-235 de átomos encuentre su neutrón, se fissione y libere energía.
Clasificación según el grado de enriquecimiento de uranio
El uranio se puede clasificar en:
1. Natural
El uranio natural con un contenido de uranio-235 de 0,72% se utiliza en algunos reactores de potencia (por ejemplo, en CANDU canadiense ), en reactores que producen plutonio (por ejemplo, A-1 ).
2. Poco enriquecido
El uranio con un contenido de uranio-235 hasta 20% se denomina poco enriquecido. El uranio con un enriquecimiento del 2-5% ahora se usa ampliamente en reactores de potencia en todo el mundo. El uranio enriquecido hasta un 20% se usa en reactores de investigación y experimentales.
3. Altamente enriquecido
El uranio con un contenido de uranio-235 por encima del 20% se denomina altamente enriquecido o arma.
El uranio altamente enriquecido se puede usar en un arma termonuclear.
Además, el uranio altamente enriquecido se usa en reactores de energía nuclear con pocas recargas de combustible (o sin recargar nunca), por ejemplo, en reactores de naves espaciales.
4. Empobrecido
El uranio empobrecido tiene un contenido de uranio-235 0.1-0.3%. Generalmente es el residuo del proceso de enriquecimiento de uranio.
Este material se usa ampliamente como núcleos de proyectiles perforantes de armadura debido a la alta densidad del uranio y al bajo costo.
En el futuro, se propone utilizar uranio empobrecido en reactores de neutrones rápidos.
¿Cómo se enriquece el uranio?
El proceso de enriquecimiento empieza con el uranio limpio de impurezas.
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. Esto se manifiesta en diferentes inercia de los átomos.
Los métodos electromagnéticos y la difusión gaseosa se basan en este principio.
En la actualidad casi todas las instalaciones de enriquecimiento de uranio se basan en la centrifugación con gas. El uranio se encuentra en forma de hexafluoruro de uranio. Tras el enriquecimiento, las plantas químicas transforman el hexafluoruro de uranio en dióxido de uranio.
