O ciclo do combustível nuclear refere-se à sequência de atividades industriais que geram eletricidade a partir do urânio em reatores nucleares. O processo começa com a mineração e o beneficiamento do minério de urânio, que é então enriquecido e convertido em combustível nuclear. Após a utilização do combustível nos reatores, o ciclo continua com o manuseio do combustível irradiado, que pode ser reciclado para uso futuro ou descartado como resíduo radioativo . Esse ciclo assegura um fornecimento de energia nuclear estável e regulamentado , equilibrando as necessidades energéticas com as preocupações ambientais e de segurança.

Ciclo do Combustível Nuclear

O ciclo do combustível nuclear compreende duas fases: a fase inicial e a fase final. Os processos da fase inicial preparam o urânio para uso em reatores nucleares . As etapas da fase final garantem que o combustível nuclear usado (ou irradiado), que ainda é altamente radioativo, seja controlado, processado e descartado com segurança.

Fonte : EIA

As usinas nucleares geralmente utilizam um tipo de urânio para a fissão nuclear , pois seus átomos são facilmente separados. Embora o urânio seja aproximadamente 100 vezes mais abundante que a prata, o U-235 é relativamente raro, representando pouco mais de 0.7% do urânio natural. O U-235 é extraído do minério de urânio em usinas de beneficiamento ou da lama em instalações de lixiviação in situ para produzir concentrado de urânio, que pode ser utilizado como combustível. O concentrado de urânio é primeiramente convertido e enriquecido para aumentar o teor de U-235 no urânio para 3% a 5%. Em seguida, é processado em fábricas de combustível nuclear para produzir pastilhas e varetas de combustível.

O combustível nuclear é colocado em reatores e usado até se tornar altamente radioativo. Deve então ser removido para armazenamento temporário antes de ser descartado. O material combustível irradiado pode ser tratado para recuperar qualquer resíduo de urânio que possa ser fissionado novamente em um novo conjunto de combustível; no entanto, isso não é permitido nos Estados Unidos.

A etapa inicial do ciclo

1. Exploração

O ciclo começa com a exploração e mineração de urânio. Várias técnicas são usadas para localizar urânio, incluindo levantamentos radiométricos de aeronaves, amostragem química de águas subterrâneas e solos e perfurações exploratórias para compreender melhor a geologia. Depois que os depósitos de minério de urânio são identificados, o desenvolvedor da mina geralmente realiza preenchimentos mais espaçados, ou perfurações de desenvolvimento, para estimar quanto urânio está disponível e quanto custará para coletar.

2. Moagem de Urânio

Depois de ser extraído em uma mina a céu aberto ou subterrânea, o minério de urânio é refinado em concentrado de urânio usando um moinho de urânio. O minério é triturado, pulverizado e moído até formar um pó fino. Produtos químicos são adicionados ao pó fino, causando uma reação para separar o urânio dos outros minerais. A água subterrânea das operações de mineração em solução é bombeada através de um leito de resina para recuperar e concentrar o urânio.

3. Conversão de Urânio

A próxima fase do ciclo é a conversão do concentrado de urânio (yellowcake) em gás hexafluoreto de urânio (UF6) em uma instalação de conversão. U-234, U-235 e U-238 são os três isótopos de urânio encontrados na natureza. Os projetos atuais de reatores nucleares nos Estados Unidos exigem uma concentração mais alta (enriquecimento) do isótopo U-235 para funcionar corretamente. O gás hexafluoreto de urânio produzido na instalação de conversão é UF6 natural, pois o teor original dos isótopos de urânio permanece constante.

4. No reator

Os caminhões levam os conjuntos de combustível para os locais dos reatores depois de construídos. Os conjuntos de combustível são mantidos no local em novos compartimentos de armazenamento de combustível até que os operadores do reator os utilizem. Neste ponto, o urânio é apenas fracamente radioativo e praticamente toda a radiação fica presa dentro dos tubos metálicos. Normalmente, os operadores do reator substituem cerca de um terço do núcleo do reator (40 a 90 conjuntos de combustível) a cada 12 a 24 meses.

5. O fim do ciclo

Após serem utilizados no reator, os conjuntos de combustível tornam-se mais radioativos e devem ser removidos e imersos em uma piscina de água no local do reator por vários anos. Embora a reacção de fissão tenha sido interrompida, o combustível irradiado emite calor devido à decomposição dos elementos radioactivos formados quando os átomos de urânio são separados. A água no reservatório de combustível usado resfria o combustível e ao mesmo tempo evita a liberação de radiação. De 1968 a 31 de dezembro de 2017, 276,879 conjuntos de combustível foram descarregados e armazenados em reatores nucleares fechados e operacionais e em 119 reatores nucleares comerciais nos Estados Unidos.

Em conclusão, o ciclo do combustível nuclear, que inclui mineração, fabricação do combustível, operação do reator e gerenciamento de resíduos , é fundamental para manter a viabilidade da energia nuclear a longo prazo. Sua gestão adequada é essencial para aumentar a produção de energia, reduzindo o impacto ambiental e garantindo a segurança. À medida que a tecnologia avança, o ciclo promete maior eficiência, menos resíduos e melhores padrões de segurança, o que contribuirá significativamente para o futuro da energia limpa.

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