L’Uranio naturale contiene solo lo 0,7% di U235. Il processo che permette di aumentare la percentuale di U235 si chiama arricchimento.
L’Uranio viene estratto dalle miniere (si veda http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/mining-of-uranium/uranium-mining-overview.aspx per una rassegna dei processi di estrazione dalle miniere)
L’ossido di Uranio U3O8 prodotto viene chiamato Yellocake (si vedano le foto https://www.google.it/search?q=yellowcake+uranium+photo&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=4EDhVuHRAsbSO5OqqagP).
L’ossido di Uranio viene quindi trasformato in un gas UF6 (esafloruro di Uranio) attraverso un processo detto “conversione”. Si veda
L’esafloruro di Uranio viene sottoposto direttamente ad arricchimento principalmente attraverso diffusione gassosa oppure centrifugazione
(https://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html).
L’esafloruro di uranio arricchito viene trasformato in UO2 e collocato in barre di combustibile per centrali nucleari. Per le centrali nucleari occorre un arricchimento mediamente del 3.5-5 %, anche se alcuni reattori di ricerca possono utilizzare uranio arricchito al 20% e oltre.
Per una bomba a fissione si utilizza invece uranio (metallico) arricchito al 90-93% (ma la bomba di Hiroshima aveva un Uranio arricchito all’80%).
Le centrifughe per l’arricchimento, descritte qui sotto, sono collocate in serie (si vedano le due figure che seguono):
si veda anche: https://universe-review.ca/F14-nucleus05.htm
Poiche’ il lavoro che devono compiere le centrifughe e’ quello di estrarre uranio progressivamente impoverito, la maggior parte del lavoro viene compiuto nelle prime fasi dell’arricchimento (si veda la tabella sotto).
In effetti il lavoro necessario per arricchire l’Uranio al 3.5% e’ piu’ della meta’ del lavoro necessario per arricchirlo al 90% come risulta dalla seguente tabella. Per questo l’attivita’ nucleare di uno stato che ha scopi civili, puo’ espandersi anche al campo militare con una relativa facilita’
Table of work (energy) required for the first stage of a 2 stage process of enrichment
| nP (Enrichment of Product) | F (quantity of Feed in kg) | P (Quantity of Product in kg) | U (Work done in kg SWU) | Percentage of full enrichment |
| 0.90 | 218.8 | 1.0 | 147 | 100 |
| 0.20 | 218.8 | 4.6 | 130 | 88.4 |
| 0.05 | 218.8 | 19.1 | 95.6 | 65 |
| 0.035 | 218.8 | 28.4 | 80.3 | 54.6 |
Note:
- All processes start with 218.8 kg of natural uranium (=0.0071) This is designed to eventually yield 1 kg at full (0.90) enrichment
- Of course if you do the enrichment in stages, then at the end of the first stage the product will be more than 1 kg, as shown in column 3
- All the numbers depend on the enrichment fraction nT < nF of the “Tail” , the waste . This is in your hands; The higher the tail enrichment you fix, the less juice (U-235) you are squeezing out of the starting natural uranium. If you don’t have a uranium shortage this is a better strategy. A lower nT squeezes out more but it costs more work and more centrifuge capacity.
But, for meaningful comparison, you must use the same nT in all the four cases. I have chosen an nT = 0.003 for all 4 cases.
NB SWU misura la capacita’ di separazione delle centrifughe
Per il ciclo della produzione del combustibile nucleare si veda anche: https://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/stages-fuel-cycle.html