Τι είναι το πυρηνικό καύσιμο;

Το πυρηνικό καύσιμο αποτελείται κυρίως από σχισίματα, όπως το ουράνιο-235 ή το πλουτώνιο-239, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικούς αντιδραστήρες για τη δημιουργία ενέργειας μέσω ελεγχόμενων πυρηνικών αλυσιδωμάτων. Το σχίσιμο υλικό είναι συνήθως με τη μορφή μικρών σφαιριδίων ή ράβδων, τα οποία στοιβάζονται μαζί για να σχηματίσουν συγκροτήματα καυσίμου.

Συνήθως, το πυρηνικό καύσιμο αποτελείται από τα ακόλουθα εξαρτήματα:

1. Το κύριο συστατικό του πυρηνικού καυσίμου είναι το σχάσιμο υλικό. Αυτό είναι το υλικό που υφίσταται πυρηνική σχάση, απελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Το πιο συνηθισμένο σχάσσιο υλικό που χρησιμοποιείται σε εμπορικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι το ουράνιο-235 (U-235). Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλα σχάσσια υλικά, όπως το πλουτώνιο-239 (PU-239).

2. Γόνιμο υλικό: Το πυρηνικό καύσιμο περιέχει συχνά ένα εύφορο υλικό, το οποίο είναι ικανό να μετατραπεί σε σχάσιμο υλικό μέσω της σύλληψης νετρονίων και της επακόλουθης ραδιενεργού αποσύνθεσης. Το πιο συνηθισμένο γόνιμο υλικό που χρησιμοποιείται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι το ουράνιο-238 (U-238). Το U-238 δεν είναι από μόνη της μια σχάσσια, αλλά όταν συλλαμβάνει ένα νετρόνιο, μετατρέπεται σε σχάσιλο πλουτώνιο-239.

3. Επένδυση: Τα σχάσιλα και τα γόνιμα υλικά είναι ενθυλακωμένα σε ένα προστατευτικό στρώμα που ονομάζεται επένδυση. Αυτή η επένδυση εξυπηρετεί διάφορους σκοπούς:

- Αποτρέπει τη διαφυγή των ραδιενεργών υλικών στο ψυκτικό αντιδραστήρα.

- Επιτρέπει το καύσιμο να χειρίζεται με ασφάλεια και να μεταφέρεται.

- Βοηθά στη διατήρηση της δομής και της ακεραιότητας του καυσίμου κάτω από τις ακραίες συνθήκες που υπάρχουν μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα.

Το υλικό επένδυσης είναι συνήθως ένα ανθεκτικό στη διάβρωση μέταλλο, όπως το κράμα ζιρκονίου.

4. Συντονιστής νετρονίων: Σε ορισμένα σχέδια αντιδραστήρων, χρησιμοποιείται ένας συντονιστής νετρονίων για την επιβράδυνση των νετρονίων που παράγονται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης. Αυτό είναι σημαντικό επειδή τα βραδύτερα νετρόνια είναι πιο πιθανό να συλληφθούν από εύφορο υλικό, αυξάνοντας την παραγωγή σχισίματος και ενίσχυση της απόδοσης καυσίμου του αντιδραστήρα. Οι συνήθεις συντονιστές νετρονίων περιλαμβάνουν συνηθισμένο νερό, βαρύ νερό και γραφίτη.

5. απορροφητή νετρονίων: Το πυρηνικό καύσιμο μπορεί επίσης να περιέχει απορροφητές νετρονίων, τα οποία είναι υλικά που καταγράφουν εύκολα νετρόνια και βοηθούν στον έλεγχο του ρυθμού των πυρηνικών αλυσιδωμάτων. Οι απορροφητές νετρονίων είναι τυπικά κατασκευασμένα από υλικά όπως κάδμιο, βόριο και hafnium.

Η σύνθεση και ο σχεδιασμός του πυρηνικού καυσίμου μπορεί να ποικίλουν ανάλογα με τον συγκεκριμένο τύπο πυρηνικού αντιδραστήρα και τα επιθυμητά χαρακτηριστικά απόδοσης.