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A diferença entre urânio-235 e urânio-238: como eles estão relacionados?
No mundo da energia nuclear, vários isótopos de urânio desempenham um papel importante, especialmente o urânio-235 (235U) e o urânio-238 (238U). O urânio na natureza é composto principalmente de três isótopos: urânio-238, urânio-235 e urânio-234. Esses isótopos têm algumas diferenças na estrutura, e essas diferenças têm implicações de longo alcance para a aplicação de energia nuclear e armas nucleares. Este artigo analisará mais detalhadamente as propriedades do urânio-235 e do urânio-238 e como eles estão relacionados.
O urânio-235 é o único nuclídeo natural que pode sofrer fissão usando nêutrons térmicos.
O urânio-238 compõe mais de 99% do urânio natural, enquanto o urânio-235 representa apenas cerca de 0,7%. Isso torna o urânio-235 relativamente escasso, mas é justamente por causa de suas propriedades físseis que ele é um componente essencial do combustível nuclear. Quando o urânio-235 absorve um nêutron térmico, ele sofre fissão, liberando energia e nêutrons adicionais, uma propriedade que o torna um combustível ideal para reatores nucleares.
Mineração e processamento de urânio
Depois que o urânio é extraído, ele passa por uma série de etapas de processamento para extrair urânio que pode ser usado em reações nucleares. O minério de urânio é primeiro moído para produzir "yellowcake", um produto concentrado que contém óxido de urânio. O resultado desse processo é a matéria-prima necessária para o processamento posterior do urânio.
O "yellowcake" extraído do minério de urânio após a moagem contém cerca de 80% de urânio, em comparação com o teor de urânio do minério original, que é de cerca de 0,1%.
Enquanto isso, o processamento subsequente do urânio varia dependendo do uso pretendido. O urânio pode ser convertido em dióxido de urânio para uso em reatores que não requerem urânio enriquecido, ou em fluoreto de urânio para enriquecimento para produzir combustível de urânio altamente enriquecido. Entretanto, o enriquecimento de urânio-238, apesar de sua falta de fissionabilidade, ainda está presente na maioria dos processos de enriquecimento comercial.
Enriquecimento de urânio e usos
A maioria dos reatores nucleares atuais requer urânio enriquecido, que geralmente contém urânio-235 em uma concentração entre 3,5% e 4,5%. Os principais métodos de produção de urânio enriquecido são a difusão de gás e a centrifugação de gás. Ambas as tecnologias são projetadas para aumentar a concentração de urânio-235 para atender às condições de combustível necessárias para diferentes reatores.
A tecnologia de difusão gasosa já foi o principal método para enriquecimento de urânio, mas com o desenvolvimento de novas tecnologias, a centrifugação de gás agora é usada principalmente.
Urânio altamente enriquecido (HEU) especializado, normalmente com mais de 20% de urânio-235, é usado para fins militares e em reatores especiais. Essa alta concentração de urânio não é apenas vital para a geração de energia nuclear, mas também é um componente importante de armas nucleares. Vale ressaltar que, embora o urânio-238 não seja físsil, ele ainda pode ser dividido por nêutrons rápidos em certas reações nucleares, o que enriquece ainda mais a aplicação do urânio.
Progresso no reprocessamento de urânio e na tecnologia de enriquecimento
O urânio reprocessado (RepU) vem de combustível nuclear usado que passou por uma série de tratamentos químicos e físicos para extrair urânio utilizável novamente. Esse tipo de urânio tem uma concentração maior do que o urânio natural. No entanto, na indústria de energia nuclear atual, a presença de urânio-236 e os desafios que ele traz devem ser tratados com cautela, pois pode consumir nêutrons e afetar a eficiência das reações nucleares.
Aplicação de urânio pouco enriquecido e altamente enriquecido
O urânio pouco enriquecido (LEU) é usado principalmente na maioria dos reatores nucleares comerciais, com a concentração de urânio-235 tipicamente entre 3% e 5%, enquanto a aplicação do urânio altamente enriquecido (HEU) é concentrada principalmente no setor militar e em pesquisas específicas. precisa. O uso de urânio altamente enriquecido permite que o projeto atenda aos requisitos de alto fluxo de nêutrons térmicos e controle rigoroso da dinâmica do reator.
A demanda da indústria médica por urânio altamente enriquecido, especialmente para a produção de isótopos para medicina nuclear, como o molibdênio-99, é particularmente importante.
Desenvolvimento futuro e considerações de segurança
À medida que a tecnologia de enriquecimento de urânio avança, espera-se que métodos mais econômicos, como a tecnologia de separação a laser, sejam introduzidos no futuro, o que terá o potencial de reduzir os requisitos de energia e reduzir os riscos ambientais. No entanto, a segurança potencial dessas novas tecnologias e o risco de proliferação nuclear exigem mais regulamentação e medidas para enfrentá-los.
A importância do urânio-235 e do urânio-238 no campo da energia nuclear não pode ser ignorada, e suas características inter-relacionadas nos fazem pensar em uma questão: no desenvolvimento sustentável da energia nuclear, como devemos equilibrar sua segurança e necessidades energéticas?
