Ver el código de «Enriquecimiento del uranio»

[[en:Uranium enrichment]]
[[fr:Enrichissement de l'uranium]]
[[Category:Done 2021-10-01]] 
[[File:Uraninite-usa32abg.jpg|300px|thumb|right|Fig. 1. Una forma de mineral de uranio conocida como Uraninita.<ref>Wikimedia Commons. (May 5, 2016). ''Uraninite'' [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uraninite-usa32abg.jpg</ref>]]

<onlyinclude>El '''enriquecimiento del uranio''' es un proceso necesario para crear un [[combustible nuclear]] eficaz a partir del [[uranio]] extraído, aumentando el porcentaje de uranio-235 que se somete a la [[fisión]] con [[neutrón|neutrones]] térmicos.</onlyinclude> Aunque muchos reactores requieren [[Grados de enriquecimiento del uranio|combustible de uranio enriquecido]], el [[CANDU]] de diseño canadiense, el [[reactor Magnox]] británico y el [[reactor de sales fundidas]] propuesto pueden utilizar [[Grados de enriquecimiento del uranio|uranio natural]] como [[combustible]].<ref name="RE3"/>

El combustible nuclear se [[minería del uranio|extrae]] de los yacimientos naturales de [[mineral]] de uranio y luego se aísla mediante reacciones [[químico|químicas]] y procesos de separación. Estos procesos químicos utilizados para separar el uranio del mineral no deben confundirse con los procesos físicos y químicos utilizados para enriquecer el uranio. En su forma aislada, el uranio se conoce como [[torta amarilla]] ("[[torta amarilla|yellowcake]]" en inglés) y tiene la fórmula química U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>. Sin embargo, el uranio natural no tiene una concentración suficientemente alta de <sup>235</sup>U, con sólo un 0.72% aproximadamente, siendo el resto <sup>238</sup>U.<ref name="RE1">Jeff C. Bryan. (June 17, 2015). ''Introduction to Nuclear Science'', 1st ed. Boca Raton, FL, U.S.A: CRC Press, 2009.</ref> Debido a que el uranio-238 es [[fisionable]] y no [[fisible]], es necesario aumentar la concentración de uranio-235 antes de poder utilizarlo eficazmente como combustible nuclear. El objetivo del enriquecimiento del uranio es aumentar el porcentaje del isótopo uranio-235 con respecto a los demás isótopos, con un porcentaje necesario de alrededor del 4% para los [[reactor de agua ligera|reactores de agua ligera]].<ref name="RE1"/>

==Procesos de enriquecimiento==
[[File:Uranium-hexafluoride-3D-vdW.png|300px|thumb|right|Fig. 2. El átomo azul en el centro de la molécula es el uranio, rodeado por seis átomos de flúor. Esta sustancia se convierte en [[gas]] a [[temperatura]]s bastante bajas.]]
El enriquecimiento requiere que el uranio esté en forma [[gas]]eosa, y la forma más sencilla de conseguirlo es convertirlo en una sustancia química diferente conocida como [[hexafluoruro de uranio]]. El uranio necesita estar en forma gaseosa para el enriquecimiento debido a las diferentes propiedades químicas y físicas que tienen los distintos isótopos (U-235 y U-238). Estas diferencias se aprovechan y manipulan más fácilmente cuando el uranio está en forma gaseosa.

El proceso de transformación del concentrado de óxido de uranio a hexafluoruro de uranio se realiza en una planta de conversión, que es el primer paso para el uranio después de salir de una mina. El principal proceso de conversión utilizado en Canadá, Francia y Rusia se conoce como "proceso húmedo" e implica múltiples etapas de conversión química. En primer lugar, el concentrado de óxido de uranio se disuelve en ácido nítrico (HNO<sub>3</sub>), lo que genera nitrato de uranilo (UO<sub>2</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>). Este nitrato de uranilo se purifica, se evapora y, finalmente, se descompone térmicamente para formar polvo de trióxido de uranio (UO<sub>3</sub>). Después hay dos procesos de horno en los que el UO<sub>3</sub> se convierte en UO<sub>2</sub>, y luego se hace reaccionar con fluoruro de hidrógeno (HF), para producir tetrafluoruro de uranio (UF<sub>4</sub>). Por último, el UF<sub>4</sub> se introduce en un [[reactor de lecho fluidizado]] y se hace reaccionar con flúor gaseoso para producir UF<sub>6</sub>. Tras el proceso de conversión, el UF<sub>6</sub> necesita ser refinado aún más debido a la presencia de impurezas.<ref name="RE5">World Nuclear Association. (May 12, 2016). ''Conversion and Deconversion''[Online]. Available: http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/conversion-and-deconversion.aspx</ref>

===Difusión gaseosa===
:''[[Enriquecimiento del uranio por difusión gaseosa|artículo principal]]''
Durante muchos años, el proceso principal fue la '''difusión gaseosa'''. Para separar físicamente el uranio, el uranio de [[torta amarilla]] se transformaba primero químicamente en hexafluoruro de uranio (UF<sub>6</sub>). Este producto químico se encuentra en su forma [[Sólido|sólida]] en condiciones normales, pero se transforma en gas si se eleva mínimamente la [[temperatura]] o se reduce la [[presión]].<ref name="RE1"/> Como las [[molécula]]s de <sup>235</sup>UF<sub>6</sub> son un poco más livianas que las de <sup>238</sup>UF<sub>6</sub>, se mueven más rápidamente como gas por [[difusión]]. Por lo tanto, si el hexafluoruro de uranio se hace pasar por una tubería muy larga, el gas que emerge en el extremo de la tubería tendrá un porcentaje un poco mayor de <sup>235</sup>U. Sin embargo, la tubería debe ser extremadamente larga, ya que el <sup>235</sup>UF<sub>6</sub>, más liviano, se somete a la difusión sólo un 0.43% más rápido que el <sup>238</sup>UF<sub>6</sub>.<ref name="RE1"/> Debido a esto, el método de difusión gaseosa ya no se utiliza ampliamente.

===Centrifugadoras de gas===
:''[[Centrifugadora de gas para el enriquecimiento de uranio|artículo principal]]''
[[File:600px-Gas_centrifuge_cascade.jpg|400px|framed|right|Fig. 3. Cascada de centrifugadoras utilizadas para producir uranio enriquecido.<ref>Wikimedia Commons. (June 17, 2015). ''Gas Centrifuge Cascade'' [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gas_centrifuge_cascade.jpg#/media/File:Gas_centrifuge_cascade.jpg</ref>]]
En la actualidad, el enriquecimiento se consigue mediante una [[centrifugadora]] especial llamada '''centrifugadora de gases'''. El proceso de separación se basa en la diferencia de [[masa]] de las moléculas (véase la difusión gaseosa más arriba). Aquí, el hexafluoruro de uranio se introduce en un cilindro evacuado que contiene un [[rotor]]. Cuando estos rotores giran a gran [[velocidad]], el <sup>238</sup>UF<sub>6</sub>, más pesado, se acumula cerca de las paredes del cilindro, mientras que el <sup>235</sup>UF<sub>6</sub>, un poco más liviano, se acumula cerca del eje central. A continuación se extrae el producto enriquecido. Este método es preferible a la difusión gaseosa, ya que sólo requiere un 3% de la energía para separar el uranio.<ref name="RE1"/> Un método de separación centrífuga es mucho más eficiente energéticamente que la difusión, ya que sólo requiere unos 50-60 [[kWh]] por [[unidad de trabajo de separación|SWU]] (unidad de trabajo de separación, que es la cantidad de separación realizada por un proceso de enriquecimiento).<ref name="RE3"/> Además, estas plantas pueden ser más pequeñas, ya que no requieren una tubería extremadamente larga. Para que la separación sea eficaz, estas centrifugadoras deben girar rápidamente, generalmente a 50 000-70 000 [[rpm]].<ref name="RE2">Ian Hore-Lacy. (June 17, 2015). ''Nuclear Energy in the 12st Century'', 1st Ed. Burlington, MA, U.S.A: Elsevier Inc, 2006.</ref>

Aunque las centrifugadoras contienen menos uranio que una etapa de difusión, son capaces de separar los isótopos de forma mucho más eficiente. Las etapas de centrifugación suelen estar compuestas por un gran número de centrifugadoras en paralelo, formando una [[Proceso en cascada|cascada]].

===Separación de isótopos por láser===
:''[[Separación de isótopos por láser|artículo principal]]''
El uso de láseres en un proceso de separación está aún en desarrollo. Esta técnica de separación requiere un menor aporte de [[energía]] y otras ventajas económicas. En este proceso, un láser con una [[frecuencia]] muy específica interactúa con un gas o vapor. Como la frecuencia tiene una energía asociada, la interacción del rayo con el gas permite la excitación o [[ionización]] de determinados isótopos del vapor. Con esta excitación, puede ser posible separar las moléculas que contienen un isótopo específico para recoger sólo el isótopo excitado.<ref name="RE2"/>

==Problemas medioambientales==
En la mayoría de los procesos de enriquecimiento sólo están involucrados materiales [[radioactividad|radiactivos]] naturales de larga vida. El uranio es poco radiactivo, pero su toxicidad química es mucho más importante. Por ello, las medidas de protección necesarias para una planta de enriquecimiento son similares a las de otras industrias químicas. Cuando se expone a la humedad, el hexafluoruro de uranio forma un [[ácido]] muy corrosivo, el ácido fluorhídrico. Cualquier fuga de este producto químico es indeseable y, para evitarlo, casi todas las áreas de una planta de enriquecimiento mantienen el gas de hexafluoruro de uranio por debajo de la [[presión atmosférica]],<ref name="RE3">World Nuclear Association. (June 17, 2015). ''Uranium Enrichment'' [Online]. Available: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/</ref> lo que impide cualquier fuga hacia el exterior. Además, en las zonas en las que se requieren presiones más elevadas, se aplica una doble contención y se recogen y tratan los gases de escape.

El enriquecimiento representa aproximadamente la mitad del [[coste]] del combustible nuclear en un [[reactor de agua ligera]] (un [[BWR]] o [[PWR]]) y el 5% del coste de la electricidad generada. Anteriormente, el enriquecimiento ha sido la principal fuente de [[Gas de efecto invernadero|gases de efecto invernadero]] del [[ciclo del combustible nuclear]], ya que la [[electricidad]] utilizada para el enriquecimiento se generaba con [[carbón]]. Aunque hay [[emisiones]] de gases de efecto invernadero asociadas, es sólo un 0.1% de las emisiones de una [[central eléctrica de carbón]] equivalente.<ref name="RE3"/>

==Referencias==
{{reflist}}