Hexafluoruro de uranio empobrecido

El hexafluoruro de uranio empobrecido ( DUHF ; también conocido como colas de uranio empobrecido , residuos de uranio empobrecido o DUF ₆ ) es un subproducto del procesamiento del hexafluoruro de uranio en uranio enriquecido . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Es una de las formas químicas del uranio empobrecido (hasta un 73-75%), junto con el octóxido de triuranio empobrecido (hasta un 25%) y el metal de uranio empobrecido (hasta un 2%). ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} El DUHF es 1,7 veces menos radiactivo que el hexafluoruro de uranio y el uranio natural . ^{[ 4 ]}

El concepto de uranio empobrecido y enriquecido surgió casi 150 años después del descubrimiento del uranio por Martin Klaproth en 1789. En 1938, dos físicos alemanes, Otto Hahn y Fritz Strassmann, descubrieron la fisión del núcleo atómico del isótopo ^235U , que fue fundamentada teóricamente por Lise Meitner , Otto Robert Frisch y , paralelamente, por Gottfried von Droste y Siegfried Flügge . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Este descubrimiento marcó el comienzo del uso pacífico y militar de la energía nuclear del uranio. ^{[ 9 ]} Un año después, Yulii Khariton y Yakov Zeldovich fueron los primeros en demostrar teóricamente que, con un enriquecimiento de ^235U en uranio natural, se podía mantener una reacción en cadena. ^{[ 10 ]} Esta reacción en cadena nuclear requiere, en promedio, que al menos un neutrón , liberado por la fisión de un átomo de ²³⁵ U, sea capturado por otro átomo de ²³⁵ U y provoque también su fisión. La probabilidad de que un neutrón sea capturado por un núcleo fisionable debe ser lo suficientemente alta para mantener la reacción. Para aumentar esta probabilidad, es necesario un aumento en la proporción de ²³⁵ U, que en el uranio natural constituye solo el 0,72%, junto con el 99,27% de ²³⁸ U y el 0,0055% de ²³⁴ U.

_{Dado que los distintos isótopos de uranio comparten las mismas propiedades químicas, las propiedades químicas y físicas del UF6} empobrecido, enriquecido y no enriquecido son idénticas, salvo el grado de radiactividad. Al igual que otras formas de UF6 _, en condiciones estándar , el DUHF forma cristales blancos con una densidad de 5,09 g/cm³. A presiones inferiores a 1,5 atm , el DUHF sólido se sublima en gas al calentarse, sin forma líquida. A 1 atm, el punto de sublimación es de 56,5  °C. La temperatura crítica del DUHF es de 230,2  °C y la presión crítica es de 4,61 MPa .

La radiactividad del DUHF está determinada por la composición isotópica del uranio, ya que el flúor en el compuesto es estable. La tasa de desintegración radiactiva del UF6 natural ₍ con un 0,72 % ^{de 235U} ) es de 1,7 × 10⁴ ^Bq / g, de los cuales el 97,6 % se debe al ^238U y ^{al 234U} .

Cuando se enriquece el uranio, aumenta el contenido de los isótopos ligeros ^234U y ^235U . Si bien ^{el 234U} , a pesar de su fracción de masa mucho menor, contribuye más a la actividad, el isótopo objetivo para uso en la industria nuclear es el ^235U . Por lo tanto, el grado de enriquecimiento o empobrecimiento del uranio viene determinado por el contenido de ^235U . La reducción del contenido de ^234U , y en menor medida del de ^235U , disminuye la radiactividad por debajo de la del UF6 no _enriquecido .

El uranio de bajo enriquecimiento con un enriquecimiento de 2 a 5% de ^235U (con algunas excepciones cuando se utiliza 0,72% en composición natural, por ejemplo en los reactores CANDU canadienses ) se utiliza para la energía nuclear, en contraste con el uranio altamente enriquecido de grado armamentístico con un contenido de ^235U superior al 20% y generalmente superior al 90%. Se utilizan varios métodos de separación de isótopos para producir uranio enriquecido, principalmente la centrifugación de gases y, en el pasado, el método de difusión gaseosa . La mayoría de ellos trabajan con UF6 gaseoso _, que a su vez se produce por fluoración del tetrafluoruro de uranio elemental (UF4 ₊ F2 _→ UF6 ₎ u óxidos de uranio ₍ UO2F2 ₊ 2F2 _→ UF6 ₊ O2 ₎ , ambos altamente exotérmicos.

Dado que el UF6 _es el único compuesto de uranio que es gaseoso a una temperatura relativamente baja, desempeña un papel clave en el ciclo del combustible nuclear como sustancia adecuada para separar ^{el 235U} y el ^238U . ^{[ 18 ]} Después de obtener UF6 enriquecido _, el remanente (aproximadamente el 95% de la masa total) se transforma en UF6 empobrecido _, que consiste principalmente en ^238U , porque su contenido de ^235U se reduce quizás en un factor de tres, y su contenido de ^234U en un factor de seis (dependiendo del grado de empobrecimiento). En 2020, se acumularon en el mundo casi dos millones de toneladas de uranio empobrecido. La mayor parte se almacena en forma de DUHF en tanques de acero especiales. ^{[ 19 ]}

Los métodos de manejo del uranio empobrecido en diferentes países dependen de su estrategia del ciclo del combustible nuclear. El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) reconoce que la determinación de las políticas es prerrogativa del gobierno (párr. VII del Convenio Conjunto sobre la Seguridad de la Gestión del Combustible Gastado y sobre la Seguridad de la Gestión de los Residuos Radiactivos ). ^{[ 20 ]} Dadas las capacidades tecnológicas y los conceptos del ciclo del combustible nuclear en cada país, con acceso a instalaciones de separación, el uranio empobrecido en el campo puede considerarse, por un lado, una materia prima valiosa o, por otro , un residuo radiactivo de baja actividad . Por lo tanto, no existe un estatus legal y reglamentario unificado para el uranio empobrecido en el campo en el mundo. ISBN del informe de expertos del OIEA 92-64-195254, 2001 y el informe conjunto de la OCDE , NEA y OIEA Gestión del uranio empobrecido, 2001 reconocen el DUHF como una valiosa materia prima. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Como resultado de la conversión química del DUHF, se obtiene fluoruro de hidrógeno anhidro y/o su solución acuosa (es decir, ácido fluorhídrico ), que tienen cierta demanda en mercados de energía no nuclear, como la industria del aluminio, en la producción de refrigerantes, herbicidas , productos farmacéuticos, gasolina de alto octanaje, plásticos, etc. ^{[ 24 ]} También se aplica en la reutilización del fluoruro de hidrógeno en la producción de UF ₆ a través de la conversión de U ₃ O ₈ en tetrafluoruro de uranio (UF ₄ ), antes de una posterior fluoración en UF ₆ . ^{[ 25 ]}

Existen diversas prácticas a nivel mundial para el reprocesamiento de DUHF. Algunas se han probado en entornos semiindustriales, mientras que otras se han operado y se siguen operando a escala industrial con el objetivo de reducir las reservas de residuos de uranio y proporcionar a la industria química ácido fluorhídrico y productos organofluorados industriales. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Dependiendo de la estrategia del ciclo del combustible nuclear, las capacidades tecnológicas, los convenios y programas internacionales, como los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) y el Pacto Mundial de las Naciones Unidas , cada país aborda el tema del uso del uranio empobrecido acumulado de forma individual. ^{[ 20 ] [ 28 ] [ 29 ]} Estados Unidos ha adoptado varios programas a largo plazo para el almacenamiento seguro y el reprocesamiento de las reservas de uranio empobrecido antes de su disposición final. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}

Las políticas internacionales para el transporte de materiales radiactivos están reguladas por el OIEA desde 1961. ^{[ 41 ] [ 42 ]} Estas regulaciones se implementan en las políticas de la Organización de Aviación Civil Internacional , la Organización Marítima Internacional y las organizaciones regionales de transporte. ^{[ 43 ]}

_{El UF6} agotado se transporta y almacena en condiciones estándar en forma sólida y en contenedores metálicos sellados con un espesor de pared de aproximadamente 1  cm (0,39  pulg.), diseñados para soportar impactos mecánicos y corrosivos extremos. ^{[ 44 ]} Por ejemplo, los contenedores "48Y" más comunes para transporte y almacenamiento contienen hasta 12,5 toneladas de DUHF en forma sólida. ^{[ 45 ] [ 46 ]} El DUHF se carga y descarga de estos contenedores en condiciones de fábrica, calentado, en forma líquida y mediante autoclaves especiales . ^{[ 47 ]}

Debido a su baja radiactividad, los principales riesgos para la salud del DUHF están relacionados con sus efectos químicos en las funciones corporales . La exposición química es un riesgo importante en las instalaciones asociadas con el procesamiento de DUHF. El uranio y los compuestos de fluoruro, como el fluoruro de hidrógeno (HF), son tóxicos incluso a bajos niveles de exposición química. Cuando el DUHF entra en contacto con la humedad del aire, reacciona para formar HF y fluoruro de uranilo gaseoso . El HF es un ácido corrosivo que puede ser extremadamente peligroso si se inhala; es uno de los principales riesgos laborales en dichas industrias. ^{[ 19 ]}

En muchos países, los límites actuales de exposición ocupacional a compuestos de uranio solubles se basan en una concentración máxima de 3  μg de uranio por gramo de tejido renal. Cualquier efecto causado por la exposición a estos niveles en los riñones se considera leve y transitorio. Las prácticas actuales, basadas en estos límites, proporcionan una protección adecuada a los trabajadores de la industria del uranio. Para garantizar que no se superen estas concentraciones renales, la legislación limita las concentraciones a largo plazo (8 horas) de uranio soluble en el aire del lugar de trabajo a 0,2  mg por metro cúbico y a corto plazo (15 minutos) a 0,6  mg por metro cúbico ^{[ 4 ].}

• Reactor de onda viajera : un concepto de reactor que utiliza uranio empobrecido como combustible.