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La diferencia entre el uranio-235 y el uranio-238: ¿cómo se relacionan?
En el mundo de la energía nuclear, varios isótopos del uranio juegan un papel importante, especialmente el uranio-235 (235U) y el uranio-238 (238U). El uranio en la naturaleza se compone principalmente de tres isótopos: uranio-238, uranio-235 y uranio-234. Estos isótopos tienen algunas diferencias en su estructura, y estas diferencias tienen implicaciones de gran alcance para la aplicación de la energía nuclear y las armas nucleares. Este artículo analizará más de cerca las propiedades del uranio-235 y el uranio-238 y cómo se relacionan.
El uranio-235 es el único nucleido natural que puede experimentar fisión mediante neutrones térmicos.
El uranio-238 constituye más del 99% del uranio natural, mientras que el uranio-235 representa sólo alrededor del 0,7%. Esto hace que el uranio-235 sea relativamente escaso, aunque es precisamente por sus propiedades fisionables que es un componente clave del combustible nuclear. Cuando el uranio-235 absorbe un neutrón térmico, sufre fisión, liberando energía y neutrones adicionales, una propiedad que lo convierte en un combustible ideal para reactores nucleares.
Extracción y procesamiento de uranio
Después de extraer el uranio, este pasa por una serie de pasos de procesamiento para extraer el uranio que puede utilizarse en reacciones nucleares. El mineral de uranio se muele primero para producir "torta amarilla", un producto concentrado que contiene óxido de uranio. El resultado de este proceso es la materia prima necesaria para el posterior procesamiento del uranio.
La "torta amarilla" extraída del mineral de uranio después de su molienda contiene alrededor del 80% de uranio, en comparación con el contenido de uranio del mineral original, que es de alrededor del 0,1%.
Mientras tanto, el procesamiento posterior del uranio varía dependiendo de su uso previsto. El uranio se puede convertir en dióxido de uranio para su uso en reactores que no requieren uranio enriquecido, o en fluoruro de uranio para su enriquecimiento a fin de producir combustible de uranio altamente enriquecido. Sin embargo, el enriquecimiento de uranio-238, a pesar de su falta de fisionabilidad, todavía está presente en la mayoría de los procesos de enriquecimiento comerciales.
Enriquecimiento del uranio y sus usosLa mayoría de los reactores nucleares actuales requieren uranio enriquecido, que normalmente contiene uranio-235 en una concentración de entre 3,5% y 4,5%. Los principales métodos de producción de uranio enriquecido son la difusión de gas y la centrifugación de gas. Ambas tecnologías están diseñadas para aumentar la concentración de uranio-235 para satisfacer las condiciones de combustible requeridas para los diferentes reactores.
La tecnología de difusión gaseosa alguna vez fue el principal método para enriquecer uranio, pero con el desarrollo de nuevas tecnologías, ahora se utiliza principalmente la centrifugación de gas.
El uranio altamente enriquecido (HEU) especializado, normalmente con más del 20% de uranio-235, se utiliza para fines militares y en reactores especiales. Esta alta concentración de uranio no sólo es vital para la generación de energía nuclear, sino que también es un componente importante de las armas nucleares. Vale la pena señalar que, si bien el uranio-238 no es fisible, aún puede dividirse mediante neutrones rápidos en ciertas reacciones nucleares, lo que enriquece aún más las aplicaciones del uranio.
Progresos en la tecnología de reprocesamiento y enriquecimiento del uranio
El uranio reprocesado (RepU) proviene de combustible nuclear usado que ha sido sometido a una serie de tratamientos químicos y físicos para extraer nuevamente uranio utilizable. Este tipo de uranio tiene una concentración más alta que el uranio natural. Sin embargo, en la industria de la energía nuclear actual, la presencia de uranio-236 y los desafíos que conlleva deben manejarse con cautela porque puede consumir neutrones y afectar la eficiencia de las reacciones nucleares.
Aplicación del uranio poco enriquecido y altamente enriquecido
El uranio poco enriquecido (LEU) se utiliza principalmente en la mayoría de los reactores nucleares comerciales, con una concentración de uranio-235 típicamente entre el 3% y el 5%, mientras que la aplicación del uranio altamente enriquecido (HEU) se concentra principalmente en el ámbito militar y en investigaciones específicas. necesidades. El uso de uranio altamente enriquecido permite que el diseño satisfaga los requisitos de alto flujo de neutrones térmicos y un control estricto de la dinámica del reactor.
Consideraciones sobre desarrollo futuro y seguridadLa demanda de uranio altamente enriquecido por parte de la industria médica, especialmente para la producción de isótopos de medicina nuclear como el molibdeno-99, es particularmente importante.
A medida que avanza la tecnología de enriquecimiento de uranio, se espera que en el futuro se introduzcan métodos más rentables, como la tecnología de separación por láser, que tendrán el potencial de reducir los requisitos de energía y reducir los riesgos ambientales. Sin embargo, la seguridad potencial de estas nuevas tecnologías y el riesgo de proliferación nuclear requieren más regulación y medidas para abordarlos.
No se puede ignorar la importancia del uranio-235 y del uranio-238 en el campo de la energía nuclear, y sus características interrelacionadas nos hacen pensar en una pregunta: en el desarrollo sostenible de la energía nuclear, ¿cómo debemos equilibrar su seguridad y sus necesidades energéticas?
