Enriquecimiento de uranio
El enriquecimiento de uranio es el proceso al cual es sometido el uranio-235 para aumentar la proporción del isótopo 235U.
El uranio natural se compone principalmente del isótopo 238U, con una proporción en peso de alrededor del 0,7 % de 235U, el único isótopo en cantidad apreciable existente en la naturaleza que es fisionable mediante neutrones térmicos.
Puesto que los diferentes isótopos del uranio son químicamente indistinguibles, ya que la corteza electrónica de todos ellos tiene la misma estructura, es necesario aprovechar las diferencias en propiedades físicas como la masa (mediante difusión gaseosa o centrifugación) o las pequeñas diferencias en las energías de transición entre niveles de los electrones (mediante excitación diferencial con láser) para aumentar la proporción de 235U con respecto al valor que se encuentra en la naturaleza.
El término oralloy todavía se usa en ocasiones para referirse al uranio enriquecido.
[1] El uranio tal como se extrae directamente de la Tierra no es adecuado como combustible para la mayoría de los reactores nucleares y requiere procesos adicionales para hacerlo utilizable (el diseño CANDU es una excepción notable).
[5] Para experimentos de criticidad, se ha logrado enriquecer uranio a más del 97 %.
Envolver el núcleo fisible del arma en un reflector de neutrones (lo cual es estándar en todos los explosivos nucleares) puede reducir drásticamente la masa crítica.
Debido a que el núcleo estaba rodeado por un buen reflector de neutrones, en la explosión comprendió casi 2.5 masas críticas.
El 238U no se considera fisible, pero aún es fisionable por neutrones rápidos (>2 MeV), como los producidos durante la fusión D-T.[10] El HEU también se utiliza en reactores de neutrones rápidos, cuyos núcleos requieren alrededor del 20 % o más de material fisible, así como en reactores navales, donde a menudo contiene al menos un 50 % de 235U, pero típicamente no excede el 90 %.
Estos sistemas de reactores especializados dependen del uranio altamente enriquecido para sus requisitos operativos únicos, incluyendo un alto flujo de neutrones y un control preciso sobre la dinámica del reactor.
[11] La industria médica se beneficia de las propiedades únicas del uranio altamente enriquecido, que permiten la producción eficiente de isótopos críticos esenciales para la imagenología diagnóstica y aplicaciones terapéuticas.
La separación de isótopos es una actividad difícil y que requiere intensa energía.
Se han utilizado varias técnicas para el enriquecimiento, y otras más están en fase de investigación.
En general, estos métodos explotan las ligeras diferencias en el peso atómico de los varios isótopos.
Durante la Segunda Guerra Mundial se utilizó la planta de Oak Ridge para preparar el material requerido para el proceso EMIS (ver más abajo: Separación electromagnética de isótopos).
Se calienta el fondo de los cilindros rotativos, provocando corrientes que mueven hacia la zona superior el 235U, donde puede ser recogido mediante paletas.
Este diseño de centrifugado mejorado es utilizado por la compañía comercial Urenco para producir combustible nuclear.
También, este proceso fue utilizado por Pakistán en su programa de armas nucleares, y el gobierno pakistaní vendió la tecnología Zippe a Corea del Norte e Irán, permitiendo a ambos países el desarrollo de su propia industria nuclear.
Es un método en el que se utilizan láseres especialmente afinados para separar isotopos de uranio, mediante la selectiva ionización en transiciones hiperfinas.
La separación de isótopos por excitación láser es un desarrollo australiano que también utiliza UF6.
Los procesos de enriquecimiento aerodinámicos incluyen las técnicas "Becker Jet Nozzle" desarrolladas por EW Becher y asociados, y el proceso de separación en el tubo vórtex.
La Uranium Enrichment Corporation of South Africa (UCOR) desarrolló el proceso de separación Helikon vortex, basado en el tubo vórtex y en Brasil, NUCLEI, un consorcio dirigido por Industrias Nucleares do Brasil, construyó una planta de experimentación.
Conocido por la abreviatura de su denominación inglesa (Electromagnetic Isotope Separation) como EMIS.
Entonces, son acelerados y subsiguientemente deflectados por campos magnéticos hacia sus respectivos puntos de recogida.
Un espectómetro de masas a nivel de producción, llamado Calutrón, desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial y que proporcionó la mayoría del 235U utilizado en la bomba nuclear Little Boy que se lanzó sobre Hiroshima en 1945.
[23] Se han realizado demostraciones para una planta piloto de un procedimiento químico, pero no ha sido utilizado.
En este proceso, se utiliza el principio del ciclotrón para, selectivamente, potenciar el isótopo 235U en un plasma que contiene una mezcla de iones.
Los franceses han desarrollado su propia versión del PSP, a la cual denominan RCI.
[26] Esto se lleva a cabo bajo un programa denominado Megatones por Megavatios cuyo fin es eliminar, para uso militar, el uranio altamente enriquecido procedente de las cabezas nucleares desmanteladas, dentro de los acuerdos entre EE. UU.
