1. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
Urani, el combustible de les nuclears.
“Deixem de tenir por a tot allò que entenem” segons va dir Marie Curie,
guanyadora de dos premis Nobel un de física el 1903 i un de química el 1911.
Aquest text tracta sobre l’urani, el combustible utilitzat a les centrals nuclears
de fissió nuclear. Expliquem des de què és l’urani, com s’obté, etc. fins a com
es realitza la fissió nuclear al reactor de les centrals.
Pel que fa a les nostres investigacions, vam visitar el centre d’informació de la
central d’Ascó, i hem indagat per Internet i per llibres de text.
L'urani és un element químic metàl·lic de color platejat-grisenc de la sèrie dels
actínids, el seu símbol químic és U i el seu nombre atòmic és 92. Per això té 92
protons i 92 electrons, amb una valència de 6. El seu nucli pot contenir entre
142 i 146 neutrons, els seus isòtops més abundants són el 238U que posseeix
146 neutrons i el U235 amb 143 neutrons.
Va ser descobert el 1789 per M. H. Klaproth, que el va anomenar així en l'honor
del planeta Urà que acabava de ser descobert el 1781.
Juntament amb tots els elements amb pesos atòmics superiors al del ferro,
l'urani s'origina de forma natural durant les explosions de les supernoves.
Els principals països que exportadors d'urani són: Canadà, Austràlia, Rússia,
Sud-Àfrica, Kazahstan, i Nigèria.
A Espanya, en concret a Ciudad Rodrigo (Salamanca), també hi va haver una
mina d'urani, però ja va ser explotada i les reserves estan esgotades.
1

2. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
Per cada tona de mineral extret, s’aconsegueix un quilogram d’òxid d’urani.
L’urani en la seva totalitat no es pot utilitzar perquè és un mineral estable, es
necessiten els seus isòtops inestables. Els isòtops d’urani U238 (99.285% de la
totalitat) i l’isòtop U234 (0.005% de la totalitat) són els estables. L’isòtop d’urani
que s’utilitza és l’isòtop U235 (0.71% de la totalitat), ja que és l’únic isòtop que
és inestable. Per poder-lo utilitzar, s’ha de tractar de manera especial, un
procés molt costós, tant per la part econòmica com per la part més tècnica, ja
que requereix una tecnologia molt avançada i una intensa quantitat d’energia.
Els principals mètodes de producció d’urani útil són:
-Procés làser: Constitueix una tercera generació tecnològica que promet menys
requeriments d’aportació d’energia, és a dir, més baixos costos de capital.
S’utilitzen làsers especialment afinats per separar isòtops d’urani mitjançant la
selectiva ionització en transicions hiperfines.
Màquina AVLIS “Atomic Vapor
Laser Isotope Separation”
(Separació d’isòtops de vapor
atòmic per làser)
-Difusió tèrmica: Es realitza un intercanvi de calor a través d’una fina capa de
líquid o gas per aconseguir la separació d’isòtops. Es beneficia del fet que les
molècules més lleugeres del gas de l’U235, es difondran cap a la superfície
calenta mentre que les més pesades de l’U238 ho faran cap a la superfície més
freda.
-Difusió gasosa: Consisteix en forçar el gas de l’hexafluorur (UF6) d’urani a
través d’una membrana semipermeable, cosa que produeix una lleugera
separació entre molècules que contenen l’U235 i les que contenen l’U238.
Per cada quilogram d’urani natural, s’aconsegueix 7g d’U235 .
Després d’obtenir l’U235, s’han de fabricar els elements combustibles. Aquest
procés consta de la fabricació de pastilles (es premsa l’urani, creant pastilles
cilíndriques de propietats mecàniques estables), la fabricació de barres (on
s’introdueixen les pastilles) i la fabricació de l’element combustible (on estan les
barres).
2

3. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
L’urani obtingut es pot classificar en tres tipus, l’altament enriquit (Aquest urani
té una concentració superior al 20% d’U235), el de baix enriquiment (té una
concentració inferior al 20% d’U235) i lleugerament enriquit (té una
concentració d’entre el 0,9% i el 2% d’U235).
El principal ús de l’urani és la seva utilització com a combustible de les centrals
nuclears de fissió (és l’urani lleugerament enriquit).
Un dels usos secundaris del urani és la fabricació d’armes nuclears. S'allibera
de les armes disparades en forma de petites partícules, que poden ser
inhalades o ingerides, o es queden al medi ambient, propulsió marina, ...
L’urani empobrit figura en la fabricació de contrapesos per a aeronaus, la
fabricació de municions antitancs, míssils i projectils. També per fer blindatges
contra radiacions per als serveis mèdics de radioteràpia.
També serveix per a la datació geològica.
3

4. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
Al reactor de les centrals nuclears de fissió es produeix la fissió nuclear, una
reacció química controlada, mitjançant la qual els nuclis d’àtoms molt grans es
fragmenten en nuclis més petits, alliberant una gran quantitat d’energia. L’urani
es converteix en material radiactiu.
Esquema de una reacción de fisión nuclear controlada
Hi ha diversos tipus de centrals nuclears de fissió, hi han les d’aigua a pressió
(les més comuns), les d’aigua en ebullició, de neutrons ràpids, ... La visita de la
central nuclear d’Ascó ens va permetre entendre millor el funcionament de les
d’aigua a pressió (PWR).
4

5. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
Esquema funcional d’Ascó I i Ascó II
Una central PWR consta de tres circuits. El circuit primari, ple d’aigua a una
gran pressió (aquesta gran pressió, d’uns 14 MPa, eleva el punt d’ebullició de
l’aigua, evitant que s’evapori) està en contacte amb el reactor. Al reactor es
genera una gran quantitat d’energia, en forma de calor (fissió nuclear). Aquesta
energia es transmet a l’aigua, que actua com a refrigerant a la vegada, circula
cap al generador de vapor, on mitjançant una sèrie de canonades transmet la
calor al circuit secundari. L’aigua refrigerada del circuit primari retorna al
reactor, on es torna a escalfar.
L’aigua escalfada del circuit secundari sí entra en ebullició. El vapor d’aigua és
utilitzat per a moure les turbines. Aquestes turbines mouen un alternador, que
genera electricitat per electromagnetisme (es mou un conductor dins d’un camp
magnètic).
L’aigua del segon circuit es refreda al condensador. Allà, mitjançant una sèrie
de canonades, és refrigerada per l’aigua del tercer circuit (normalment aquesta
aigua prové del mar o d’un riu), i torna al generador de vapor.
L’aigua del tercer circuit retorna al riu o al mar, però abans passa per les torres
de refrigeració, on perd temperatura (per evitar alteracions en l’ecosistema).
Finalment i com a conclusió del treball de camp realitzat, vam investigar els
avantatges i inconvenients de l’urani.
Els avantatges són quasi bé els mateixos que qualsevol altre tipus de
combustible, és a dir, produeix una gran quantitat d’energia a un preu raonable
i d’una forma continuada, ...
5

6. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
Altres avantatges són que es necessita poca quantitat d’urani per a poder
produir electricitat, la seva disponibilitat temporal i la fàcil extracció de les
mines.
Els inconvenients són que causa un gran impacte ambiental (els seus residus
desprenen molta radiactivitat, han de ser emmagatzemats i tractats, generant
una gran despesa econòmica), és poc fissionable, i els neutrons produïts per la
seva fissió no són capaços per si mateixos de mantenir la reacció en marxa.
6