De símbolo U, es un elemento metálico radiactivo, principal combustible de los reactores nucleares. Su número atómico es 92 y es un miembro de los actínidos del sistema periódico.
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El
físico francés Antoine Henri
Becquerel recibió el Premio Nobel de Física en 1903. Becquerel descubrió la radiactividad del uranio. |
Las propiedades radiactivas del uranio fueron demostradas en 1896, cuando el físico francés Antoine Henri Becquerel produjo (por la acción de una sal fluorescente denominada uranilsulfato de potasio) una imagen en una placa fotográfica cubierta con una sustancia que absorbía la luz.
Las investigaciones sobre la radiactividad que siguieron al experimento de Becquerel condujeron al descubrimiento del radio y a nuevos conceptos de la organización atómica. Véase Átomo; Energía nuclear.
Propiedades
Propiedades
El uranio tiene un punto de fusión de 1.132 °C, un punto de ebullición de 3.818 °C y una densidad de 19,05 g/cm3 a 25 °C; la masa atómica del elemento es 238,029.
Tiene tres formas cristalinas; una de ellas, la que se obtiene a unos 770 °C, es maleable y dúctil. El uranio es soluble en ácido nítrico y clorhídrico, y es insoluble en los álcalis.
Desplaza al hidrógeno de los ácidos minerales y de las disoluciones salinas de metales como el mercurio, la plata, el cobre, el estaño, el platino y el oro. Cuando está finamente dividido, arde con facilidad en el aire a temperaturas de 150 a 175 °C. A 1.000 °C, reacciona con el nitrógeno y forma un nitruro amarillo.
El uranio tiene estados de oxidación de 3, 4, 5 y 6. Entre los compuestos hexapositivos están el trióxido de uranio (UO3) y el cloruro de uranilo (UO2Cl2). El tetracloruro de uranio (UCl4) y el dióxido de uranio (UO2) son ejemplos de compuestos tetrapositivos o uranosos.
Por lo general, estos últimos compuestos son estables, aunque expuestos excesivamente al aire revierten a la forma hexapositiva. Las sales de uranilo, como el cloruro, se pueden descomponer en presencia de luz intensa y materia orgánica.
VER: Uranio 238
Estado natural
El uranio no existe en estado libre en la naturaleza, sino que se encuentra como óxido o sal compleja en minerales como la pechblenda y la carnotita. Tiene una proporción media en la corteza terrestre de unas 2 partes por millón y, entre los elementos, ocupa el lugar 48 en abundancia natural. El uranio puro contiene más de un 99% del isótopo uranio 238, menos de un 1% del isótopo fisible uranio 235 y cantidades menores de uranio 234, formado por la desintegración radiactiva del uranio 238. Entre los isótopos del uranio producidos artificialmente están el uranio 233, el uranio 237 y el uranio 239. Se conocen los isótopos con números másicos entre 222 y 242.
VER: Uranio 238
Estado natural
El uranio no existe en estado libre en la naturaleza, sino que se encuentra como óxido o sal compleja en minerales como la pechblenda y la carnotita. Tiene una proporción media en la corteza terrestre de unas 2 partes por millón y, entre los elementos, ocupa el lugar 48 en abundancia natural. El uranio puro contiene más de un 99% del isótopo uranio 238, menos de un 1% del isótopo fisible uranio 235 y cantidades menores de uranio 234, formado por la desintegración radiactiva del uranio 238. Entre los isótopos del uranio producidos artificialmente están el uranio 233, el uranio 237 y el uranio 239. Se conocen los isótopos con números másicos entre 222 y 242.
Extracción
En el procedimiento clásico para extraer uranio se separa la pechblenda y se mezcla con ácido sulfúrico y ácido nítrico. El uranio se disuelve así formando sulfato de uranilo (UO2SO4); el radio y los demás metales que se encuentran en la mena de pechblenda se precipitan como sulfatos. Al añadir hidróxido de sodio, el uranio precipita como diuranato de sodio (Na2U2O7·6H2O), conocido también como óxido amarillo de uranio. Para obtener uranio de la carnotita, se trata la mena, finamente triturada, con una disolución caliente de sosa y potasa cáustica para disolver el uranio, el radio y el vanadio.
Después de eliminar la roca madre arenosa por medio del lavado, se trata la disolución con ácido sulfúrico y cloruro de bario. Una disolución cáustica alcalina añadida al líquido restante precipita el uranio y el radio, aumentando su concentración. Estos métodos clásicos de extraer uranio de sus minerales han sido sustituidos actualmente por otros procedimientos, como el método de extracción con disolventes, el intercambio iónico y el método de volatilidad. Para el método de producción del isótopo artificial uranio 233.
Aplicaciones
Después del descubrimiento de la fisión nuclear, el uranio se convirtió en un metal estratégico. Al principio, su uso estaba prácticamente restringido a la producción de armas nucleares. En 1954 se empezó a utilizar el uranio enriquecido con el isótopo 235 para el desarrollo de plantas nucleares. En tiempos de paz, se discutieron sus aplicaciones en la Conferencia Internacional sobre la Utilización Pacífica de la Energía Atómica de 1955, 1958 y 1964, celebradas en Ginebra (Suiza).
El potencial de uranio como fuente de energía industrial se hizo evidente con la botadura en 1954 del primer submarino movido por energía nuclear, el Nautilus de Estados Unidos. Las plantas de energía convencional, que producen 60.000 kW de electricidad, consumen unos 18 millones de kg de carbón por mes.
Una planta nuclear de 60.000 kW sólo requiere 7 kg de uranio 235 por mes. Sin embargo, los problemas de escasez del uranio, de seguridad de las plantas y de almacenaje de los productos residuales del uranio y el plutonio radiactivos, han impedido la completa ejecución del potencial de la energía nuclear.
Las menas de uranio están ampliamente distribuidas por todo el mundo. Los sedimentos de pechblenda, la mena más rica en uranio, se encuentran principalmente en Canadá, República Democrática del Congo y Estados Unidos. En 1955 se descubrió en Colorado (Estados Unidos) un mineral llamado cofinita, una mena de alta calidad que contiene casi un 61% de uranio. Más tarde se encontraron sedimentos de este mineral en otros países.
En 1998, la producción mundial de uranio fue de unas 33.800 toneladas, siendo Canadá, Australia, Níger, Namibia y Estados Unidos los principales países productores.
Mediante el uso de brocas de carburo y un sistema de congelación de salmuera, se estabiliza el terreno y se extrae el mineral de manera controlada. El contenido de uranio en el mineral, que puede alcanzar hasta un 18%, lo posiciona como uno de los más ricos del mundo.
En uno de los procesos industriales más delicados, secretos y controvertidos del mundo moderno: el enriquecimiento de uranio.
¿Qué es exactamente el uranio enriquecido y por qué es tan importante?
¿Cómo se transforma el mineral extraído de la tierra en uno de los materiales más poderosos y controlados del planeta?
Desde la minería del uranio natural hasta su conversión en gas, las ultracentrífugas y los estrictos controles internacionales, exploramos todo el proceso industrial que convierte un elemento natural en la base del funcionamiento de reactores nucleares… y de armas.
La ciencia, la tecnología y la seguridad global se cruzan en esta fascinante y polémica cadena de producción.
El uranio natural se compone principalmente del isótopo 238, 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.
Durante el enriquecimiento, el contenido porcentual de 235 en el uranio natural se incrementa gracias al proceso de separación de isótopos.
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 proceso de enriquecimiento se aplica tras haber separado el uranio de las impurezas por medios químicos. En el método históricamente utilizado a escala industrial, la difusión gaseosa, el uranio se encuentra en forma de hexafluoruro de uranio.
Tras el enriquecimiento, el hexafluoruro de uranio es transformado en plantas químicas especiales en dióxido de uranio, material cerámico que se utiliza finalmente como combustible en los reactores nucleares.
En el proceso de diferencia de masas se basan el método de difusión a través de membranas y los calutrones. En las diferencias en los niveles energéticos, se basa la separación por rayos láser.
Las técnicas necesarias para el enriquecimiento son suficientemente complejas como para necesitar un laboratorio avanzado y de importantes inversiones de capital, pero lo suficientemente sencillas como para estar al alcance de prácticamente cualquier país del mundo.
En las condiciones de operación de los reactores comerciales de agua ligera, el isótopo 235 presenta una sección eficaz de fisión nuclear mayor que los otros nucleidos del uranio. Para conseguir una tasa de fisiones suficientemente alta como para mantener la reacción en cadena es necesario aumentar la proporción del nucleido 235Uranio en el combustible nuclear de tales centrales.
En el Proyecto Manhattan al uranio enriquecido se le denominó en código oralloy, abreviatura de Oak Ridge alloy (aleación), por la planta en la que el uranio era enriquecido. El término oralloy todavía se usa en ocasiones para referirse al uranio enriquecido.
El uranio que permanece tras el enriquecimiento es conocido como uranio empobrecido, y es considerablemente menos radiactivo incluso que el uranio natural, a pesar de que es extremadamente denso y útil para vehículos blindados y armas para atravesar blindajes y otras aplicaciones en las que se requiera una alta densidad.
Hay alrededor de 2,000 toneladas de uranio altamente enriquecido en el mundo, producido principalmente para energía nuclear, armas nucleares, propulsión naval y cantidades menores para reactores de investigación.
¿Cómo se fabrica un arma nuclear: de las minas de uranio a la miniaturización?
Según la definición del Organismo Internacional de Energía Atómica, se necesitan unos 42 kg de uranio enriquecido. En teoría, Irán dispone de reservas suficientes para fabricar más de nueve bombas.
El régimen de Irán incrementó, en los últimos años, la producción de uranio altamente enriquecido, acercándose a una calidad similar a la de las bombas.
Israel lanzó el 13 de junio un ataque sin precedentes contra la República Islámica con el objetivo, según el primer ministro Benjamin Netanyahu, de impedir que Teherán se dote de armas nucleares, unas acusaciones que las autoridades iraníes niegan.
Conflicto Israel- Irán: Fabricar un arma nuclear, de las minas de uranio a la miniaturización.
- Irán incrementó, en los últimos años, la producción de uranio altamente enriquecido, acercándose a una calidad similar a la de las bombas.
- Israel lanzó el 13 de junio un ataque sin precedentes contra la República Islámica con el objetivo, según él, de impedir que Teherán se dote de armas nucleares, unas acusaciones que las autoridades iraníes niegan.
Para una bomba lanzada por misil, el reto tecnológico es doble: balístico y de miniaturización.
Conclusión: ¿Cómo se hace uranio enriquecido?
El proceso de enriquecimiento nuclear significa básicamente aumentar la cantidad de uranio-235. Esto se logra al tomar el uranio en su forma gaseosa y procesarlo en máquinas centrifugadoras, explicó Regan. Y dado que el uranio-238 es más pesado que el uranio-235 requerido, los dos se separan a medida que giran
¿Cómo se fabrica el uranio enriquecido?
Enriquecer uranio significa tomar el elemento presente de forma natural y aumentar la proporción de uranio-235, eliminando al mismo tiempo el uranio-238. Existen diversas maneras de hacerlo (incluidas nuevas invenciones australianas), pero comercialmente, el enriquecimiento se realiza actualmente con una centrífuga.
¿Qué técnica de enriquecimiento de uranio es más eficiente energéticamente?
Un método de separación centrífuga es mucho más eficiente energéticamente que la difusión, ya que requiere solo alrededor de 50-60 kWh por SWU (unidad de trabajo de separación, que es la cantidad de separación realizada por un proceso de enriquecimiento).
¿Cuál es el precio de 1 kg de uranio?
Con unos precios que rondan los 49 dólares por kilogramo en la actualidad, muchas de las minas de uranio más grandes del mundo están en modo de cuidado y mantenimiento.
¿Qué puede hacer 1 kg de uranio?
El principal uso del uranio en el sector civil es el combustible para centrales nucleares. Un kilogramo de uranio-235 puede producir teóricamente unos 20 terajulios de energía (2× 10⁻¹ julios), suponiendo una fisión completa; tanta energía como 1,5 millones de kilogramos (1500 toneladas) de carbón.
¿Quién produce uranio enriquecido?
Enriquecimiento. Existen dos formas: usar uranio enriquecido o plutonio, que se fabrica con la combustión del uranio. Aunque el uranio es un mineral relativamente común, más del 85% de su producción proviene de seis países: Kazajistán, Canadá, Australia, Namibia, Níger y Rusia, según la World Nuclear Association.
¿Cuánto uranio enriquecido se necesita para una bomba nuclear?
Albright afirma que Irán también podría tener miles de centrifugadoras de enriquecimiento de uranio que nunca se instalaron en Natanz y Fordo. Podría ser posible trasladar el uranio a otra instalación secreta, donde podría enriquecerse al 90% necesario para un arma nuclear en un período relativamente corto.
¿Cuánto dura el uranio enriquecido?
Presenta un período de semidesintegración de unos 700 millones de años. Los números 235 y 238 se refieren a las masas atómicas de ambos isótopos.
¿Es posible fabricar uranio artificialmente?
Al disparar neutrones que viajan con energías de 20.000.000 de electrón-voltios, el profesor Fermi informó a un interrogador que el resultado sería, primero, la formación de uranio 239, seguido por la emisión de cuatro neutrones del núcleo, dejando atrás un U-235 creado artificialmente.
¿Se puede tocar el uranio enriquecido?
Riesgos. Dado que el uranio se desintegra mediante partículas alfa, la exposición externa al uranio no es tan peligrosa como la exposición a otros elementos radiactivos, ya que la piel bloquea las partículas alfa . Sin embargo, la ingestión de altas concentraciones de uranio puede causar graves efectos en la salud, como cáncer de huesos o de hígado
¿Qué países pueden enriquecer el uranio?
En el mundo hay solo ocho países que pueden producir uranio enriquecido a nivel comercial: EE. UU., Rusia, China, Holanda, el Reino Unido, Alemania, Francia, Brasil y Japón
¿Cuánto uranio se necesita para un reactor nuclear?
Los elementos combustibles del reactor contienen unos 825 gramos de uranio, el cual representa aproximadamente el 30% del peso de la mezcla combustible-moderador. El enriquecimiento nominal del uranio es el 20% por lo cual se tienen aproximadamente 165 gramos de U
FUENTE: Infobae //
EDICIÓN: Erika Rojas Portilla
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