O que é Urânio?

O urânio é um elemento radioativo natural, que possui número atômico 92 e corresponde ao símbolo químico U na tabela periódica. Pertence a um grupo especial de elementos chamados “actinídeos” – elementos que foram descobertos relativamente tarde na história. Como todos os outros actinídeos, o urânio é “radioativo” – decai com o tempo e liberta energia no processo. As suas propriedades especiais fazem do urânio a principal fonte de combustível para reatores nucleares – uma quantidade de combustível de urânio do tamanho de um ovo de galinha pode fornecer tanta eletricidade como 88 toneladas de carvão.

O urânio está entre os elementos mais comuns na crosta terrestre – cerca de 500 vezes mais comum que o ouro. Embora pareça um elemento muito raro, pequenas quantidades de urânio estão presentes em todos os lugares – nas rochas, no solo, na água e até mesmo em nossos corpos. Existem também grandes quantidades de urânio altamente diluído no oceano – aproximadamente quatro mil milhões de toneladas.

Assim como qualquer outro elemento, o urânio apresenta diversas variações que diferem em massa e propriedades físicas, mas compartilham as mesmas propriedades químicas. Esses são chamados de isótopos .

Quais são os diferentes isótopos do urânio?

Existem três isótopos naturais de urânio – urânio-234 (U-234), urânio-235 (U-235) e urânio-238 (U-238). O U-238 é o mais comum, representando cerca de 99% do urânio natural encontrado na Terra. A maioria dos reatores nucleares utiliza combustíveis contendo U-235, no entanto, o urânio natural normalmente contém apenas 0,72 por cento de U-235 e a maioria dos reatores necessita de uma concentração mais elevada deste isótopo no seu combustível. Portanto, a concentração de U-235 está sendo aumentada artificialmente através de um processo denominado enriquecimento. Apenas os reatores CANDU do Canadá são alimentados com urânio não enriquecido.

O que é enriquecimento de urânio?

O enriquecimento de urânio é o processo através do qual a proporção isotópica do U-235 aumenta de 0,72% para até 94%.

O urânio é considerado pouco enriquecido se a sua proporção isotópica de U-235 permanecer abaixo de 20 por cento. A maioria dos reatores comerciais utiliza urânio pouco enriquecido (LEU) inferior a 5% como combustível, o que também é frequentemente referido como “urânio de grau de reactor”. O LEU não se deteriora e pode ser armazenado com segurança por muitos anos.

Se o urânio for enriquecido acima de 20%, é considerado altamente enriquecido. O urânio com proporções isotópicas tão elevadas de U-235 é usado principalmente em reatores de propulsão naval (por exemplo, em submarinos), em armas nucleares e em alguns reatores de pesquisa.

Diferentes métodos podem ser usados ​​para aumentar a proporção isotópica do U-235. Normalmente, o bolo amarelo é convertido em uma forma gasosa, chamada hexafluoreto de urânio. Este gás é então bombeado para cilindros de rotação rápida – centrífugas – onde isótopos mais pesados, como o U-238, são empurrados em direção às paredes dos cilindros, e o U-235, mais leve, permanece no centro dos cilindros. Isto permite “filtrar” e coletar o gás com concentrações mais altas de U-235. O processo pode ser repetido até que a proporção isotópica de U-235 seja suficiente. O gás adquirido passa então por um processo de reconversão, que permite transformar o U-235 na forma de energia negra – o dióxido de urânio.

Como o urânio é extraído?

No século 20, o minério de urânio era extraído principalmente de minas a céu aberto ou de escavações subterrâneas, o que exigia que o minério fosse triturado e refinado para separar o urânio de outros elementos.

No século XXI este método foi gradualmente substituído pela “lixiviação in situ”. Embora apenas 16 por cento do urânio tenham sido produzidos através desta técnica em 2000, a lixiviação in-situ é atualmente o método mais comum de extração de urânio. Em 2020, cerca de 58% do urânio mundial foi extraído através deste método.

A lixiviação in-situ faz circular água com elementos adicionais, como agentes complexantes ou oxidantes, ou ácidos, através de depósitos subterrâneos de urânio. Este método permite dissolver o urânio diretamente do depósito. A solução resultante é então extraída do subsolo e refinada para produzir óxido de urânio – ou “yellowcake”, que é usado no enriquecimento de urânio.

O processo gradual de mineração de urânio, transformando-o em combustível nuclear, irradiando o combustível em uma usina nuclear e eliminando os resíduos resultantes é chamado de ciclo do combustível nuclear.

O Ciclo do Combustível Nuclear

O ciclo do combustível nuclear é um processo industrial que envolve diversas atividades para produzir eletricidade a partir do urânio em reatores nucleares. A exploração de urânio é seguida pela mineração e moagem do minério de urânio bruto. O urânio bruto deve então ser processado, inclusive através do enriquecimento, a fim de maximizar a sua eficiência como combustível. Depois de ser irradiado em reatores, o combustível irradiado precisa ser armazenado para esfriar antes de ser descartado, ou pode ser reciclado como urânio reprocessado, para ser reutilizado como fonte potencial para maior produção de energia. Os resíduos gerados após a reciclagem e o urânio empobrecido também precisam ser descartados.

Como o urânio é transformado em combustível nuclear?

No seu caminho para se tornar combustível nuclear, o urânio passa pelos estados da matéria sólido, líquido e gasoso. O minério de urânio sólido é dissolvido em um líquido e extraído por lixiviação in-situ, transformado em um sólido como bolo amarelo, convertido em gás hexafluoreto de urânio, centrifugado e processado em dióxido de urânio para enriquecimento, que compõe as pelotas de urânio que formam a base do combustível nuclear montagens para usinas nucleares.

O dióxido de urânio é uma substância semelhante a um pó preto. A substância é comprimida e sintetizada por aquecimento para formar pelotas de urânio. Os pellets são então inseridos um por um em longos tubos de metal, que são empilhados para formar conjuntos de combustível – a principal fonte de combustível para reatores nucleares.

O que é urânio reprocessado (RepU)?

O combustível nuclear pode ser reprocessado em usinas de reciclagem especializadas . O urânio recuperado é chamado de urânio reprocessado — pode ser reutilizado como um novo tipo de combustível .

O que é urânio empobrecido (DU)?

Como vimos no capítulo sobre enriquecimento, as centrífugas produzem urânio que contém uma proporção isotópica mais elevada de U-235. Isso também significa que o material restante contém menos deste isótopo. Se tal subproduto do enriquecimento tiver uma proporção isotópica de U-235 inferior a 0,7 por cento, é considerado esgotado .

O DU é menos radioativo que o urânio natural porque contém menos U-235 por unidade de massa. Todos os vestígios de produtos de decomposição foram removidos durante a purificação química do urânio antes do enriquecimento. O DU pode ser  eliminado como resíduo radioativo de baixa atividade ou utilizado no fabrico de combustíveis de óxidos mistos (MOX) com plutónio separado proveniente do reprocessamento de combustíveis nucleares irradiados.

Como estamos expostos ao urânio em nossas vidas diárias?

Normalmente, uma pessoa média receberá uma dose inferior a 1 µSv por ano pela ingestão e inalação de urânio – para efeito de comparação, um único voo de Londres para Los Angeles iria expô-lo a cerca de 58,8 µSv de radiação cósmica. Além disso, um indivíduo médio receberá uma dose de cerca de 120 µSv por ano a partir da ingestão e inalação de produtos de decomposição do urânio, tais como o rádio-226 e a sua descendência na água, o radão-222 nas casas e o polónio-210 no fumo dos cigarros. No entanto, devido às diferenças nas dietas, bem como à quantidade de urânio na água potável, existe uma grande variação nos níveis de consumo de urânio em todo o mundo.

Quantidades significativas de urânio ingerido ou inalado são potencialmente prejudiciais devido à sua toxicidade química. As pessoas envolvidas na exploração, mineração e processamento de urânio são consideradas grupos de risco e precisam usar equipamentos de proteção, bem como seguir rigorosamente as regras e procedimentos para prevenir problemas de saúde.