El método de enriquecimiento de Uranio denominado SILEX o Selection of Isotopes by Laser Excitation, fue inventado y desarrollado por Michael Goldsworthy y Horst Struve dos científicos Australianos quienes hacia mediados de la década de los años 90 buscaban desarrollar un método más eficiente y barato para obtener el isótopo 235U. Con el paso del tiempo fundaron la compañía Silex Systems Ltd. con instalaciones en la localidad de Lucas Heigths, New South Wales, Australia (de propiedad de la Australian Nuclear Science and Tecnology Organization). Poca información pública existe de los detalles tecnológicos que involucra este proceso, puesto que existen licenciamientos y acuerdos de información clasificada de por medio. Sin embargo, se conoce públicamente que SILEX involucra el uso de una mezcla de UF6 (hexafluoruro de uranio) con otro gas portador, mezcla que es posteriormente enfriada para poder separar los niveles más altos de la energía de resonancia de los isótopos 235U y 238U a través de un láser de 16µm que excita de manera selectiva el isótopo 235U. Esto desencadena la obtención de una corriente producto (enriquecida con 235U) y otra corriente cola (agotada con 238U).
A una escala de planta, dos corrientes serían procesadas para lograr el enriquecimiento y forma física deseada. Hoy en día en el laboratorio de Silex Systems Ltd. dos corrientes son combinadas y mezcladas con el gas portador para luego ser devueltas al tanque de almacenamiento del feed. La instalación experimental central de Silex Systems Ltd. consiste en: una gran vasija donde la ocurre la separación, una vasija que contiene el UF6 y la mezcla con el gas portador, vasijas para contener el producto y las colas, un espectrómetro de masa cuádruple para medir los ratios de los isótopos en el feed, producto y cola (corrientes), instalaciones de procesamiento y tuberías, y el material óptico necesario para llevar la radiación láser hacia las vasijas donde ocurre el proceso de separación.
La radiación láser a una longitud de onda de 16 µm es la necesaria para lograr el enriquecimiento. La radiación láser es llevada a través de un pórtico ubicado en el muro de la vasija de procesamiento. Esta radiación comienza con uno de varios pulsos de láser CO2 que son capaces de lograr una tasa de repetición de 300Hz. Los láseres son capaces de producir pulsos de 1 J, pero no a una alta tasa de repetición. El láser a una frecuencia específica más lejana implica la reducción de la energía por pulso. Los pulsos de láser que se encuentran en la región de los 10,8 µm son conducidos a una célula “Raman” para lograr de esta forma la conversión a 16 µm. En particular, la radiación láser de 10,8 µm es conducida a través de la célula Raman varias veces (unas 25 veces) llegando a un foco cerca del centro de la célula, lo que da como resultado un proceso óptico no lineal que reduce la energía, permitiendo la conversión a una radiación de 16 µm. Es importante señalar que para obtener una frecuencia exacta es necesario usar algunos procesos ópticos no lineales adicionales en el pulso inicial del láser CO2 y operar bajo un estado de alta presión. Una aproximación de los requerimientos eléctricos para esta tecnología, dejando de lado los requerimientos de las vasijas, componentes, etc., implica que la energía láser requerida para la instalación experimental de Silex Systems Ltd. es de 12 W, pero debería ser mayor en al menos un factor de 20 para logar alto enriquecimiento. Asimismo, se puede estimar un requerimiento eléctrico de 100kW para la operación con los láseres en una vasija de procesamiento, que implicaría la producción de 1 kg de 235U en 8 días.
En la planta de Silex Systems Ltd. se utiliza láser infrarrojo de 50 Hz que tiene solo 1% de factor de tarea, lo que indica que un 99% del feed no se procesará y que finalmente una alta fracción de éste (feed) estará en la corriente producto (bajo niveles de enriquecimiento). Una tasa de repetición de 50 Hz no es suficiente entonces, pues para llevar esta actividad a una escala mayor (planta) se debería mejorar esta tasa, así como también llevar el pulso de energía del láser CO2 a un rango de 1 J. El monto del feed que se requiere para producir una gran cantidad de HEU o High Enrichment Uranium es muy elevado, pues se asume que la planta para producir 10 kg de HEU al 85% requeriría aproximadamente 2500 kg de UF6. Para diluir el UF6 en el proceso de enriquecimiento es necesario un gas portador, el cual en cantidad supera varias veces al UF6 pero puede ser separado y reutilizado. Se conoce (al menos en condiciones de laboratorio o experimentales) que el tiempo de preparación y procesamiento toma alrededor de 21 horas. Otros cálculos en base al volumen irradiado, la densidad molecular, la abundancia natural de 235U y la tasa de satisfacción del láser, muestran que la producción de 1 kg de 235U tomaría aproximadamente 12 días de 8 horas laborales. Dado esto, lo anterior constituye una restricción significativa el monto del material enriquecido que se produce.
Actualmente, la tecnología SILEX ha sido licenciada a un join venture denominado GLE, que lo componen las empresas GE (51%), Hitachi (25%) y Cameco (24%), para comercializarla ante un potencial desarrollo en Estados Unidos ofreciendo de esta manera capacidad de enriquecimiento de Uranio, en particular para la industria de generación de energía eléctrica.
Referencias
https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/docs4/silex.pdf
http://www.silex.com.au/businesses/silex
http://www.iaea.org/safeguards/symposium/2010/Documents/PapersRepository/262.pdf
http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-43/issue-10/world-news/laser-isotope-separation-silex-uranium-enrichment-scheme-may-not-be-mature-enough-for-practical-use.html