Ciclo do Urânio
Assim como o carvão, petróleo e gás natural, o Urânio é uma grande fonte de energia. Para que possamos aproveitá-la, devemos passar por várias etapas (começando pela extração do mineral, até a geração de energia elétrica). Cada combustível tem o seu próprio ciclo, e o do urânio, é mais complexo que os demais.
Para que o urânio possa ser usado nos reatores, este passa por várias etapas de mineração e moagem, converção, enriquecimento e fabricação do combustível. Essas etapas são muito importantes no ciclo do combustível nuclear. Depois de ser usado nos reatores nucleares para produzir energia elétrica, o combustível passa por outras etapas, incluindo armazenamento temporário,reprocessamento e reciclagem antes da eventual eliminação como lixo. Estes são os passos que compõe o ciclo do combustível nuclear:
1. Mineração e moagem
O urânio é extraído geralmente por uma superfície (corte aberto) ou técnicas de mineração subterrânea, dependendo da profundidade em que o minério é encontrado. Na Austrália, a mina de Ranger no Território do Norte, está em campo aberto, enquanto Olympic Dam no sul, é uma mina subterrânea (que também produz cobre, com um pouco de ouro e prata). As mais recentes mina canadenses estão no subsolo. Após sair das minas, o minério de urânio extraído é enviado para uma fábrica que geralmente está localizada na mesma região. Na fábrica, o minério é britado e moído, transformando-se numa pasta fina que é lixiviada em ácido sulfúrico para permitir a separação entre o urânio e os resíduos de rocha. Ele é então recuperado da solução e precipitado como concentrado de óxido de urânio (U308), o chamado "Yellow Cake".
U308 é o produto do urânio que é vendido. Cerca de 200 toneladas é necessária para manter um reator nuclear de geração de eletricidade (1000 MWe) durante um ano.
2. Conversão
Como o urânio precisa estar na forma gasosa antes de ser enriquecido, o "Yellow Cake" é convertido no gás hexafluoreto de urânio (UF6).
3. Enriquecimento
A grande maioria dos reatores nucleares em operação e em construção requerem combustível de urânio "enriquecido" no qual a proporção do isótopo U-235 é levantada a partir do nível natural de 0,7% para cerca de 3,5% ou um pouco mais. O processo de enriquecimento remove cerca de 85% do U-238, separando o hexafluoreto de urânio gasoso em duas frente,: uma que é enriquecida ao nível desejado e depois passada para a próxima fase e outra que é empobrecida em U-235 e é chamada de "cauda ".
Muito pouco do U-235 permanece na "cauda" (geralmente inferior a 0,25%), que não é utilizado mais para gerar energia. Tal "urânio empobrecido" é utilizado na forma de metal em quilhas de iates, como contrapeso e como proteção contra radiações, uma vez que é 1,7 vezes mais denso que o chumbo.
4. Fabricação do combustível
Enriquecido, o UF6 é transportado para uma fábrica de combustível onde é convertido em dióxido de urânio (UO2) um pó que é prensado em pequenas pastilhas. Essas pastilhas são introduzidas em tubos finos, geralmente de uma liga de zircônio (zircalloy) ou aço inoxidável, para formar barras de combustível. As hastes são seladas e montadas em grupos para formar conjuntos de combustível para uso no núcleo do reator nuclear. Cerca de 25 toneladas de combustível novo é necessário a cada ano para um reator de 1000 MWe.
5. O reator nuclear
Várias centenas de conjuntos de combustível compõem o núcleo de um reator. Para um reator com uma potência de 1.000 megawatts (MW), o núcleo deverá conter cerca de 75 toneladas de urânio pouco enriquecido. No núcleo do reator o U-235 sofre fissões que produzem calor em um processo contínuo chamado de reação em cadeia. O processo depende da presença de um moderador, como água ou grafite, e é totalmente controlada. Alguns dos U-238 no núcleo do reator é transformado em plutônio e cerca de metade desse valor é também fissionado, fornecendo cerca de um terço da produção de energia do reator. Como na queima de combustíveis fósseis em usinas geradoras de eletricidade, o calor é usado para produzir vapor acionando uma turbina e um gerador elétrico, neste caso, produzindo cerca de 7 bilhões de quilowatts hora de eletricidade em um ano. Para manter o desempenho do reator, cerca de um terço do combustível usado é removido a cada ano ou 18 meses, para ser substituído por combustível novo.
6. Armazenamento do combustível usado
Os conjuntos de combustível usados e retirados do núcleo do reator são altamente radioativos e liberam muito calor. Eles são, portanto, armazenados em tanques especiais (geralmente estão localizados no local do reator) para permitir que o calor e sua radioatividade diminuam. A água nas piscinas serve ao duplo propósito de agir como uma barreira contra radiação e dispersar o calor do combustível irradiado.O combustível usado pode ser armazenado com segurança nessas piscinas por longos períodos. Também pode ser armazenado sem água em instalações com facilidades de engenharia, refrigerado por ar. No entanto, ambos os tipos de armazenamento são destinados apenas como uma etapa provisória antes que o combustível gasto seja reprocessado ou enviado para disposição final.
Existem duas alternativas para os combustíveis usados:
1- Reprocessamento para recuperar a parte útil do mesmo.
2- Armazenagem a longo prazo e disposição final, sem reprocessamento.
7. Reprocessamento
O combustível usado ainda contém aproximadamente 96% do urânio original, do qual o U-235 físsil tem se reduzido a menos de 1%. Cerca de 3% do combustível usado é composto por resíduos de vários produtos e 1% de plutônio (Pu) produzido enquanto o combustível estava no reactor e não havia sido "queimado". O reprocessamento separa o urânio e o plutônio dos resíduos (e do revestimento da montagem) cortando-se as barras de combustível e dissolvendo em ácido para separar os vários materiais. Recuperado, o urânio pode ser devolvido para a fábrica de conversão para se tornar hexafluoreto de urânio novamente e depois ser enriquecido. O Plutônio pode ser misturado com urânio enriquecido para produzir um óxido misto (MOX).
Os 3% restantes de resíduos radioactivos (cerca de 750 kg por ano a partir de um reator de 1000 MWe) podem ser armazenados em forma líquida e posteriormente solidificada.
Disposição Final
Os planos mais aceitos são para que estes resíduos sejam enterrados em estruturas rochosas estáveis no subsolo. Muitas formações geológicas, como granito, vulcânico, sal ou xisto é apropriado. Atualmente eles são armazenados em materiais de aço INOX ou materiais resistentes à corrosão.
Fonte: EnergiNuclearBr. O Ciclo do Combustível Nuclear. Disponível em: <http://energianuclearbr.blogspot.com.br/2010/10/o-ciclo-do-combustivel-n... Acessado em: 09/02/2018.
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