Топливо атомной электростанции — не металлическое «ядро», которое сгорает как уголь. Это точно изготовленный материал в герметичных элементах активной зоны. Выбор зависит от типа реактора, требуемого нейтронного спектра, температуры, теплоносителя и стратегии обращения с отработавшим топливом.
Урановое оксидное топливо
Большинство водоохлаждаемых энергетических реакторов использует керамические таблетки диоксида урана. Для лёгководных реакторов долю урана-235 обычно повышают относительно природного состава; тяжеловодные конструкции могут работать на природном уране. Таблетки помещают в оболочку из циркониевого сплава и собирают в длинные топливные стержни и кассеты.
Керамика выдерживает высокую температуру и удерживает часть продуктов деления, но плохо проводит тепло и хрупка. Оболочка служит первым инженерным барьером. В реакторе постепенно накапливаются продукты деления и меняется изотопный состав, поэтому кассеты выгружают задолго до «полного расходования» всего урана.
MOX и другие варианты
Смешанное оксидное топливо MOX содержит оксиды урана и плутония. Оно позволяет использовать извлечённый плутоний, но меняет нейтронные характеристики и усложняет производство и обращение. Применение зависит от лицензии и конструкции конкретного реактора.
Металлическое топливо исследуют и используют в некоторых быстрых реакторах; оно хорошо проводит тепло, но требует совместимых оболочек и учёта распухания. TRISO-топливо состоит из микрочастиц с несколькими защитными слоями и предназначено для высокотемпературных газовых проектов.
Торий-232 сам по себе не является делящимся топливом для обычной цепной реакции: после захвата нейтрона из него можно получить уран-233. Ториевый цикл технически возможен, но требует стартового делящегося материала, переработки и решения вопросов экономики и safeguards. Это вариант топливного цикла, а не готовая замена урану.
До и после реактора
Топливный цикл включает добычу, конверсию, обогащение при необходимости, изготовление, эксплуатацию, хранение и либо захоронение, либо переработку. МАГАТЭ описывает эту последовательность и изготовление таблеток и твэлов. Сравнивать топлива корректно только вместе с отходами, распространением ядерных материалов, ресурсами и совместимостью с реактором.
