As Etapas Do Ciclo Do Combustivel Nuclear

A energia elétrica por fonte nuclear é obtida a partir do calor da reação do combustível (urânio) utilizando o princípio básico de funcionamento de uma usina térmica convencional, que é sempre igual; a queima do combustível produz calor, esse ferve a água de uma caldeira transformando-a em vapor. O vapor movimenta uma turbina que, por sua vez, dá partida a um gerador que produz a eletricidade. Funcionamento de uma usina nuclear (figura: Industrias Nucleares Brasileiras –INB- )

Para entendermos o que vem a ser energia liberada na reação nuclear, é preciso saber um pouco mais sobre o átomo.

Os átomos são mais leves ou mais pesados, dependendo do número de partículas que se constituem. O mais leve que se conhece é o do hidrogênio e o mais pesado o do urânio.

Um átomo é composto por um núcleo e por partículas menores que gravitam em torno desse núcleo. Essas partículas se chamam elétrons, são muito leves e têm carga elétrica negativa. Dentro do núcleo, há dois tipos de partículas, chamadas prótons e nêutrons. O número de prótons é sempre igual ao número dos elétrons. Quanto aos nêutrons, variam em número sendo mais numerosos quanto mais pesado for o átomo. Eles não possuem carga elétrica

Embora sabendo que tudo que existe na natureza é formado por átomos, trataremos apenas dos átomos do elemento chamado urânio.

No urânio presente na natureza são encontrados átomos, que têm em seu núcleo 92 prótons e 143 nêutrons (cuja soma dá 235), átomos com 92 prótons e 142 nêutrons (234) e outros ainda, com 92 prótons e 146 nêutrons (238). Como os prótons e elétrons são em número igual (92), podemos dizer que esses átomos são quimicamente iguais e os chamaremos de isótopos do mesmo elemento, isto é, do urânio. Para diferenciá-los, usa-se o símbolo químico de elemento e um número, de acordo com seu peso atômico – Isótopo, - Isótopo e - Isótopo.

O choque de um nêutron livre com o isótopo causa a divisão do núcleo desse isótopo em duas partes -dois outros átomos - e ocasiona uma liberação relativamente alta de energia. Dá-se a esse fenômeno o nome de fissão nuclear. (foto)

A fissão nuclear ocasiona a transformação da matéria em energia, através da divisão do isótopo .

Por que o e não o ou o ?

Quando a fissão do isótopo ocorre, o núcleo divide-se em duas partes formando dois elementos novos, e dele se desprendem 2 ou 3 nêutrons que, por seu turno, podem chocar-se com outro núcleo de acarretando nova fissão, novos elementos são formados, provocando uma seqüência de fissões denominada reação nuclear em cadeia. Somente o na natureza tem a propriedade de se fissionar e portanto, sustentar uma reação em cadeia.

O aproveitamento e controle dessa energia liberada é feito dentro de reatores nucleares, que nas usinas nucleares, fazem o mesmo papel que a caldeira desempenha nas usinas térmicas comuns.

A fim de otimizar as reações nucleares costuma-se enriquecer o urânio antes do seu uso nos reatores. Esta operação consiste simplesmente em aumentar o teor do Isótopo (o único que se fissiona) na mistura de isótopos do urânio natural (, e ).

O ciclo do Combustível

O Ciclo do Combustível Nuclear é o conjunto de etapas do processo industrial que transforma o mineral urânio, desde quando ele é encontrado em estado natural até sua utilização como combustível, dentro de uma usina nuclear. A energia nuclear, como seu homólogo fóssil, é extraído de jazidas naturais, transformado e enviado à central para produzir energia.

Mineração e Produção de Concentrado de Urânio ( U3O8 )

minério de uranio de ItataiaO elemento químico Urânio é um metal branco-níquel, pouco menos duro que o aço e encontra-se, em estado natural, nas rochas da crosta terrestre. (foto : Industrias Nucleares Brasileiras –INB- )

Sua principal aplicação comercial é na geração de energia elétrica, na qualidade de combustível para reatores nucleares. É também utilizado na produção de material radioativo para uso na medicina, na produção de armas e na agricultura.

A extração do mineral de urânio segue as técnicas correntes de mineração. O processo de beneficiamento do minério de urânio é o de lixiviação em pilhas (estática). Depois de britado, o minério é disposto em pilhas e irrigado com ácido sulfúrico e bióxido de manganês para colocar o urânio em solução. Este é extraído por um processo de troca iônica, seguido de uma nova dissolução. A concentração do urânio é realizada pelo processo de extração por solventes orgânicos, seguida da separação por precipitação, secagem e acondicionamento em tambores.

O produto final é um concentrado de urânio, o U3O8, sob a forma de um sal de cor amarela, conhecido como "yellowcake", (foto: Industrias Nucleares Brasileiras –INB- ) matéria prima para produção da energia gerada em um reator nuclear.

Na usina de conversão, o urânio sob a forma de yellowcake, é dissolvido e purificado, obtendo-se então o urânio nuclearmente puro. A seguir, é convertido para o estado gasoso, o hexafluoreto de urânio (UF6), para então ser realizado o enriquecimento isotópico, que irá aumentar a concentração de em relação ao seu isótopo não físsil, o .

Enriquecimento do Urânio

Para ser usado em reatores, o urânio natural (0.7% de e 99.3% de ) deve ser enriquecido no isótopo físsil. A principal finalidade comercial do urânio é a geração de energia elétrica mas é muito usado na indústria bélica. Quando transformado em metal, o urânio torna-se mais pesado que o chumbo, pouco menos duro que o aço e se incendeia com muita facilidade. O urânio empobrecido ( ou DU de "depleted uran") é 2,5 % mais denso que o aço e 1,7% mais denso que o chumbo. O urânio, que possui 92 prótons no núcleo, existe na natureza na forma de 3 isótopos: , com 142 nêutrons (em quantidade desprezível); , com 143 nêutrons, após enriquecido.

Os processos de enriquecimento mais empregados são o da Difusão Gasosa e o Ultracentrifugação.

Difusão gasosa - as moléculas de UF6 contendo átomos de