Uranio


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Fig. 1. Uranio, con un número atómico de 92 y un peso atómico de 238.02891.[1]

El uranio es el 92º elemento de la tabla periódica, y es el elemento más pesado que se encuentra en la naturaleza en la Tierra.[2] Es conocido por ser una fuente abundante de energía concentrada[3], con la mayor densidad energética de todos los combustibles del mundo utilizados para la generación de energía eléctrica.

El uranio se encuentra con relativa frecuencia en la Tierra, con una abundancia de 2.8 partes por millón en la corteza terrestre[4], lo que lo hace más común que el oro, tan común como el estaño y menos común que el cobre. El 99.3% del uranio que se encuentra en la Tierra es Uranio-238, que es "fértil", mientras que el resto (0.7%) es Uranio-235, un combustible "fisionable". Por lo tanto, sólo una cantidad muy pequeña del uranio que se encuentra en la naturaleza puede utilizarse en un proceso de fisión nuclear, a menos que se someta a un proceso de enriquecimiento, que aumente la concentración de Uranio-235, o que el Uranio-238 se "reproduzca" a partir de su forma fértil en un isótopo fisible de plutonio. Lea más sobre la reproducción aquí.

El uranio como combustible

Para más información, visite: minería del uranio‎, enriquecimiento del uranio, reacción nuclear en cadena y ciclo del combustible nuclear.

El uranio es un excelente combustible nuclear y se utiliza como combustible primario en los reactores nucleares de todo el mundo. En esta sección se estudiará brevemente el ciclo del combustible de uranio. Visite las páginas anteriores para obtener más información.

Adquisición y procesamiento

Fig. 2. La uraninita, también conocida como pechblenda, es un mineral comúnmente extraído.[5]
Fig. 3. Haz de barras de combustible de uranio CANDU con Jason Donev para la escala.[6] Este haz está lleno y en un reactor CANDU, proporcionaría toda la electricidad que necesita una familia de 4 personas en Canadá durante 100 años.

El uranio puede extraerse de la Tierra mediante la minería del uranio, pero su viabilidad depende de muchos factores. La tecnología disponible y el costo total deben tenerse en cuenta a la hora de desarrollar un proyecto minero, y la ley del mineral también debe hacer que el proyecto sea rentable.[4] Una vez extraído el mineral (Fig. 2), se somete a un proceso en el que el uranio se convierte en una forma util. Algunos reactores nucleares, como el CANDU, pueden utilizar el uranio en su composición natural. Sin embargo, la mayoría de los reactores requieren que el uranio sea enriquecido, lo que significa que la concentración de uranio 235 se incrementa del 0.7% al 5% aproximadamente.[3]

El enriquecimiento del uranio permite a las centrales utilizar agua ligera (agua ordinaria) como refrigerante y moderador, ya que el enriquecimiento aumenta el número de reacciones nucleares en el reactor. Tras el enriquecimiento, el uranio es transformado en pequeñas pastillas de combustible que se cargan en una barra de combustible. Éstas se ensamblan en haces de combustible, como se ve en la Fig. 2. Estos haces de combustible se colocan directamente en el centro del reactor, listos para la fisión.

Uso y generación de electricidad

Una vez ensamblado, el uranio puede utilizarse en un reactor para producir calor. Un error común es pensar que las centrales nucleares convierten mágicamente su combustible directamente en electricidad, sin embargo su funcionamiento, una vez generado el calor, es casi idéntico al de una central de carbón ordinaria. Dependiendo del tipo de reactor, el calor se transfiere al agua circulante, que hierve hasta convertirse en vapor, ya sea directamente (por ejemplo, el reactor RBMK) o indirectamente (por ejemplo, el reactor de agua presurizada). Este vapor presurizado puede utilizarse entonces para hacer girar una gran turbina y un generador, suministrando electricidad para las necesidades del mundo.

Como se ha mencionado, el isótopo Uranio-235 es fisible. Esto significa que se somete a la fisión nuclear al absorber un neutrón, lo que desprende mucha energía en forma de calor. Sin embargo, el Uranio-235 no es el único isótopo que puede proporcionar calor en un reactor. Mediante el proceso de transmutación, el Uranio-238 puede convertirse en Plutonio-239 a través de una serie de desintegraciones beta. El plutonio-239 es fisible, al igual que el uranio-235, y su fisión proporciona energía adicional. Para un reactor de agua ligera, como un reactor de agua en ebullición o un reactor de agua presurizada, provee alrededor de 1/3 de la potencia, y alrededor de 1/2 de la energía de un reactor CANDU.[3]

Fig. 4. Un reactor nuclear de agua en ebullición, que funciona con combustible de uranio.[7]

Uranio en otros usos

El uranio tiene muchos otros usos además de su uso principal en la generación de electricidad. Ha proveido al mundo muchas innovaciones positivas en los sectores médico e industrial, y también ha sido objeto de un escrutinio negativo por su uso y producción de productos armamentísticos.

Radioisótopos

Los radioisótopos derivados de la desintegración de isótopos de uranio se utilizan ampliamente en todo el mundo.

En medicina se utilizan para el diagnóstico y la investigación, y es probable que una de cada dos personas del mundo occidental experimente los beneficios de la medicina nuclear a lo largo de su vida.[3]

Los radioisótopos también se utilizan en la industria alimentaria, ya que permiten conservar los alimentos, eliminar los parásitos y controlar la maduración de las frutas y verduras.[3]

Industrialmente se utilizan para la seguridad, ya que pueden detectar fugas, proporcionar análisis de minerales y combustibles, y el uranio puede funcionar como un escudo contra la radiación.[8] El elemento radiactivo americio se utiliza también en los detectores de humo.

Armamento

Fig. 5. La nube producida por la explosión sobre Nagasaki.[9]

La energía del uranio, junto con su subproducto el plutonio, tienen un historial de consecuencias desastrosas. Las primeras bombas nucleares fueron desarrolladas durante la Segunda Guerra Mundial en secreto, por Estados Unidos en lo que se denominó el Proyecto Manhattan.[10]

La diferencia clave entre las armas nucleares y el combustible utilizado en los reactores es el grado del combustible. Lo que se ha mencionado antes es que el enriquecimiento del uranio-235 debe ser de alrededor del 5% para la mayoria reactores, lo que de por sí es una tarea complicada. Para las bombas, este enriquecimiento debe estar en torno al 90%.[11] Este hecho ha ayudado a controlar la proliferación de armas nucleares, debido a la dificulta que un grupo de personas ordinarias desarrolle un grado tan alto de uranio.

La primera bomba nuclear detonada en combate fue la llamada "Little Boy", desarrollada durante el Proyecto Manhattan y detonada sobre Hiroshima. Utilizaba dos trozos de Uranio-235 subcrítico que, al detonar, chocaron entre sí, produciendo una reacción nuclear en cadena incontrolable y liberando una energía equivalente a 13,000 toneladas cortas de TNT.[10] La segunda y última bomba detonada en combate se denominó "Fat Man", que utilizaba plutonio altamente enriquecido y liberaba una energía equivalente a 20,000 toneladas de TNT.[10]

El uso de estas bombas ha sido extremadamente controvertido desde su detonación, ya que mataron a cientos de miles de personas. Este uso destructivo de la energía nuclear probablemente ha afectado la forma en que la gente ha visto los escasos desastres nucleares de Chernóbil, Fukushima y Three Mile Island. En general, esto ha dejado una visión muy negativa de la energía nuclear en gran parte de la población general.

Video

Cómo traducir los subtítutlos de YouTube.[12]

El siguiente video es del proyecto de "Periodic Videos" de la Universidad de Nottingham.[13] Han creado un conjunto completo de videos cortos sobre cada elemento de la tabla periódica.

Consulte el GIF de al lado para ver cómo traducir los subtítulos de YouTube.

Ver lecturas adicionales

Referencias

  1. Made internally by a member of the Energy Education team. Information from the Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW), Available: http://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm
  2. UC Davis Chem Wiki. (June 17, 2015). Nuclear Reactions [Online]. Available: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Nuclear_Chemistry/Nuclear_Reactions
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 World Nuclear Association. (June 22 2015). What is Uranium? [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Introduction/What-is-Uranium--How-Does-it-Work-/
  4. 4,0 4,1 N. Tsoulfanidis, "Nuclear Fuel Resources, Mining, and Milling" in The Nuclear Fuelhttps://energyeducation.ca/wiki2develop/index.php/File:Jason1.png Cycle, 1st ed., La Grange Park, Illinois: American Nuclear Society, 2013, ch.2, sec.1, pp. 28-56
  5. Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Pichblende.jpg
  6. Esta imagen procede de la colección privada de un miembro del equipo de educación energética.
  7. NRC. (June 23 2015). The Boiling Water Reactor [Online], Available: http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
  8. Jefferson Lab. (June 23 2015). Uranium [Online], Available: http://education.jlab.org/itselemental/ele092.html
  9. Wikimedia Commons [Online], Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nagasakibomb.jpg
  10. 10,0 10,1 10,2 Nuclear Files. (June 23 2015). Manhattan Project [Online], Available: http://www.nuclearfiles.org/menu/key-issues/nuclear-weapons/history/pre-cold-war/manhattan-project/
  11. Hyperphysics. (23 de junio de 2015). Bomba de Uranio [Online], Disponible: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/nucene/bomb.html#c3
  12. Creado internamente por un miembro del equipo de Energy Education.
  13. See more videos from the University of Nottingham on different elements here: http://www.periodicvideos.com/

Autores y redactores

Jonathan Elbaz, Fatima Garcia, Jordan Hanania, Kailyn Stenhouse, Luisa Vargas Suarez, Z. Sumners, Jason Donev
Última actualización: 9 noviembre, 2021
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