O urânio enriquecido é o urânio que passou por um processo tecnológico para aumentar a proporção do isótopo urânio-235. Como resultado, o urânio natural é dividido em urânio enriquecido e urânio empobrecido.
O urânio natural contém três isótopos de urânio:
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Urânio-238 (99,2745%)
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Urânio-235 (0,72%)
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Urânio-234 (0,0055%).
O isótopo urânio-238 (com 238 nêutrons) é um isótopo relativamente estável, incapaz de gerar uma reação em cadeia nuclear independente, ao contrário do isótopo físsil U-235.
Atualmente, o urânio-235 é o principal material físsil usado em usinas nucleares e em alguns tipos de armas nucleares, como a bomba atômica. No entanto, para muitas aplicações, a proporção de urânio físsil (U-235) no urânio natural é pequena e a preparação de combustível geralmente inclui um processo de enriquecimento de urânio.
Para que é enriquecido o urânio?
O urânio enriquecido favorece as reações em cadeia nuclear em reatores atômicos.
A reação em cadeia nuclear implica que pelo menos um nêutron liberado durante uma reação de fissão atinge outro átomo e gera outra reação de fissão. Isso requer que o concentrado de urânio seja compacto o suficiente para aumentar a probabilidade de que o nêutron liberado encontre um próximo átomo de urânio.
Por outro lado, conforme ocorrem reações dentro de reatores nucleares, o urânio-235 é desperdiçado, reduzindo a probabilidade de uma colisão.
O enriquecimento de urânio é uma solução barata para aumentar a proporção de urânio-235 no combustível nuclear.
O urânio enriquecido também é usado em armas nucleares. No projeto da bomba atômica, é necessário que, no tempo extremamente curto de uma explosão nuclear, o número máximo de átomos de urânio-235 encontre seu nêutron, fissão e libere energia.
Classificação de acordo com o grau de enriquecimento de urânio
O urânio pode ser classificado em:
1. Natural
O urânio natural com teor de urânio-235 de 0,72% é usado em alguns reatores de energia (por exemplo, CANDU canadense), em reatores que produzem plutônio (por exemplo, A-1).
2. Pouco enriquecido
O urânio com um teor de urânio-235 de até 20% é chamado de baixo enriquecimento. O urânio com enriquecimento de 2 a 5% é agora amplamente utilizado em reatores de energia em todo o mundo. O urânio enriquecido até 20% é usado em reatores de pesquisa e experimentais.
3. Altamente enriquecido
O urânio com um conteúdo de urânio-235 acima de 20% é denominado altamente enriquecido ou arma.
O urânio altamente enriquecido pode ser usado em uma arma termonuclear.
Além disso, o urânio altamente enriquecido é usado em reatores de energia nuclear com pouco ou nenhum reabastecimento, por exemplo, em reatores de espaçonaves.
4. Empobrecido
O urânio empobrecido tem 0,1-0,3% de conteúdo de urânio-235. Geralmente é o resíduo do processo de enriquecimento de urânio.
Este material é amplamente utilizado como núcleos para projéteis perfurantes devido à alta densidade do urânio e ao baixo custo.
No futuro, é proposto o uso de urânio empobrecido em reatores de nêutrons rápidos.
Como o urânio é enriquecido?
O processo de enriquecimento começa com o urânio limpo de impurezas.
Muitos métodos de separação de isótopos são conhecidos. A maioria dos métodos é baseada em diferentes massas de átomos de diferentes isótopos: 235 é ligeiramente mais leve que 238. Isso se manifesta em diferentes inércias dos átomos.
Métodos eletromagnéticos e difusão de gás são baseados neste princípio.
Hoje, quase todas as instalações de enriquecimento de urânio são baseadas na centrifugação de gás. O urânio está na forma de hexafluoreto de urânio. Após o enriquecimento, as fábricas de produtos químicos transformam o hexafluoreto de urânio em dióxido de urânio.