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Publicado em: 19/09/2007
ENRIQUECIMENTO DE URÂNIO - DETALHANDO O ENRIQUECIMENTO
Redação Click Ciência
Como vimos, o enriquecimento consiste em aumentar a concentração do
isótopo U235 em relação ao U238. Só para se ter uma idéia da relação
não enriquecida desse isótopo na natureza, podemos dizer que em uma
quantidade de 1.000 átomos de urânio natural, somente sete são de
U235 e 993 são de U238, como esquematiza visualmente na figura ao
lado.
O isótopo U235 possui 92
prótons e 143 nêutrons no
núcleo, portanto, tem a
massa atômica de 235.
Enquanto o isótopo U238
possui 146 nêutrons e
massa atômica 238. O
núcleo do isótopo U235 é
físsil, isso é, ao ser bombardeado por nêutrons
termalizados pode promover um máximo de reação em
cadeia produzindo no rompimento outros dois
elementos químicos (Kr, Ba) e outros dois a três
nêutrons que servem para manter a reação em cadeia, como esquematizado na figura ao final do
tetxo.
O isótopo U238 só tem possibilidade de sofrer fissão por nêutrons de elevada energia cinética,
chamados nêutrons rápidos. Portanto, esse isótopo pode ser utilizado como combustível nuclear em
reatores do tipo “breeder”. Tais reatores utilizam reações de urânio 238 que absorve um nêutron e
se transforma em plutônio 239. Teoricamente, esses reatores não necessitam enriquecimento, uma
vez que o plutônio é 100% físsil, mas esses reatores utilizam metal líquido (Li, Ca) à alta
temperatura, como meio moderador, o que os torna de manutenção e segurança muito complexas.
Portanto, para utilizações pacíficas, comerciais e de pesquisa, emprega-se, normalmente, o isótopo
U235, como base dos combustíveis nucleares, em concentrações de 3 a 20% em volume atômico.
Enriquecimentos acima de 20% são potencialmente perigosos no sentido militar, podendo gerar
armas nucleares. No entanto, do ponto de vista técnico, conseguem-se enriquecimentos até de 93%
em isótopo U235, que já foram empregados no reator IEA-R1 do IPEN, na década de 60.
Uma ultracentrífuga de enriquecimento
A tecnologia de ultracentrifugação foi
inicialmente desenvolvida na Alemanha
durante a Segunda Guerra Mundial e foi
adotada no Brasil pelo Centro Experimental
de Aramar, em Iperó, que desenvolveu um
processo autônomo, em escala piloto, e
passou essa tecnologia à INB, em Resende,
que já está produzindo urânio enriquecido,
em escala parcial para as usinas de Angra.
Atualmente, menos de 10 países no mundo
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dominam esta tecnologia, sendo o Brasil um
deles. Dentre os métodos de enriquecimento
de urânio, somente dois processos
revelam-se eficientes para produção em
escala industrial: a difusão gasosa e a
ultracentrifugação.
A base tecnológica de enriquecimento de
urânio através de uma ultracentrífuga é a
seguinte: 1. Comprime-se o gás hexafluoreto
de urânio (UF6) através de membranas
microporosas, associadas em série; 2. No
processo de ultracentrifugação, separam-se
por força centrípeta as partículas de UF6,
concentrando-se o isótopo U238 em uma
235
região mais externa do cilindro e o U
na região central. O termo “ultra”- centrifugação surge por
se utilizarem velocidades tangenciais muito altas, em torno de 50.000 a 70.000 rpm. Esse nível de
velocidade de rotação é necessário para separar os dois isótopos de forma eficiente, pois suas
massas são muito próximas; e 3. a fração do gás enriquecido parcialmente passa ao próximo estágio
de enriquecimento e assim sucessivamente até se atingir o enriquecimento desejado. O gás
resultante que está empobrecido em U235 ainda é reutilizado, retornando aos estágios anteriores
para participar da mixagem de alimentação de UF6 desses estágios precedentes. Para se descartar o
gás empobrecido, o seu teor de U235 deve atingir 0,3-0,4%, quando a separação dos isótopos não
se torna viável economicamente.
No Brasil, a tecnologia de enriquecimento por ultracentrifuga é utilizada na Industria Nuclear
Brasileira (INB). Esse processo teve início em meados de 2004 e é um dos sistemas de
enriquecimento mais modernos do mundo. Esse método de enriquecimento é um dos mais
competitivos no mercado também, haja vista que processos utilizados nos Estados Unidos e França
empregam difusão gasosa e consomem 25 vezes mais energia do que o processo de
ultracentrifugação desenvolvido no Brasil. Para se ter uma idéia, o processamento de um quilo de
urânio natural até o enriquecimento de 4% (teor suficiente para utilização em reatores de potência
nuclear) consome 530 kwh no sistema brasileiro, enquanto no processo francês / norte-americano o
consumo de energia é da ordem de 13.250kwh.
Concluindo-se, pode-se dizer que o desenvolvimento da tecnologia de ultracentrifugação de urânio
foi um marco de sucesso na história tecnológica do Brasil. Do interesse inicial de se trazerem
centrífugas da Alemanha no pós-guerra, quando houve forte resistência internacional, os estudos
precursores no IPEN, seguido das decisões acertadas de se construir esse sistema no Brasil, a partir
dos anos 80, tornou possível a auto-suficiência nacional na produção de urânio enriquecido.
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