Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Nhiên liệu hạt nhân”

Hầu hết nhiên liệu hạt nhân đều chứa các nguyên tố nặng có khả năng xảy ra quá trình phản ứng phân hạch ví dụ như [[urani-235]] hoặc [[plutoni-239]]. Khi các hạt nhân không ổn định của những nguyên tố này va chạm nhau bởi sự chuyển động chậm của nơtron, rồi phân chia tạo thành hai hạt nhân con và hai hoặc nhiều hơn ba [[neutron]]. Sau đó những nơtron này tiếp tục phân chia ra nhiều hạt nhân. Điều này giúp duy trì [[phản ứng dây chuyền]] được kiểm soát trong [[lò phản ứng hạt nhân]] hoặc không bị hạn chế trong [[vũ khí hạt nhân]].

Quá trình này bao gồm sự khai khoáng, tinh luyện, tinh chế, sử dụng, sắp đặt nhiên liệu hạt nhân được biết với tên gọi chung là chu trình nhiên liệu hạt nhân.

[[Urani]]um dioxide là một [[chất bán dẫn]] màu đen. Nó được sản xuất bởi phản ứng [[uranyl nitrat]] với ba-zơ ([[ammonia|ammonia)]] để hình thành chất rắn ([[ammonium]] uranate). Nó được làm nóng để hình thành U₃O₈ và sau đó có thể bị biến đổi bởi sự nung nóng [[argon]]/hỗn hợp hydro (700  °C) tạo thành UO₂ . UO₂ sau đó trộn với chất kết dính hữu cơ và nén thành hạt nhỏ, những hạt nhỏ này được đốt cháy trong nhiệt độ cao (H₂/Ar) rồi nung kết thành chất rắn. Mục đích là hình thành chất rắn đậm đặc có ít bọt.

[[Hỗn hợp]] oxit hay nhiên liệu MOX là sự xáo trộn của [[plutoni]]um và tự nhiên hoặc làm thiếu hụt [[Uranium-234|urani]] khi vận hành giống nhau để làm giàu uranium cung cấp cho nhiều [[lò phản ứng hạt nhân]] . Nhiên liệu MOX là sự thay thế việc làm giàu uranium ít đi cũng sử dụng trong [[lò phản ứng nước nhẹ]] vượt trội hơn so với sự hình thành [[năng lượng hạt nhân]].

Tất cả các quốc gia khác tái chế vũ khí hạt nhân đã có từ lâu rồi sử dụng nhiên liệu đó để nghiên cứu trong quân đội ngoại trừ Nhật Bản. Thông thường với nhiên liệu thay đổi cứ ba năm một lần, khoảng một nửa số Pu-239 bị đốt cháy trong lò phản ứng, cung cấp khoảng 1/3 tổng năng lượng. Nó hoạt động giống như là U-235 và sự phân hạch giải phóng ra một nguồn năng lượng tương tự. Đốt cháy càng lớn, càng tiêu tốn nhiều lượng plutoni , phần phân hạch của plutonium càng thấp. Thông thường khoảng 1% nhiên liệu sử dụng được thải ra từ lò phản ứng là plutonium và 2/3 trong chúng được phân hạch (50% Pu-239, 15% Pu-241).

Nhiên liệu kim loại có lợi thế về độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với nhiên liệu oxit nhưng không thể tồn tại ở nhiệt độ cao như nhau. Nhiên liệu kim loại có một lịch sử lâu dài, kéo dài từ lò phản ứng clementine<ref>{{Chú thích web|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Clementine_(nuclear_reactor)|title=clementine}}</ref> vào năm 1946 với nhiều thí nghiệm và nghiên cứu lò phản ứng.

Trong một [[lò phản ứng nơtron nhanh]], các actinit nhỏ được tạo ra bằng cách thu nhận [[neutron]] của urani và plutoni có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Nhiên liệu actinide kim loại thường là một hợp kim của zirconium, urani, plutonium . Nó có thể được thực hiện an toàn bằng với việc mở rộng nhiệt hợp kim của kim loại sẽ làm tăng rò rỉ neutron.

Plutoni nóng chảy, hợp kim với các kim loại khác để hạ thấp điểm nóng chảy của nó và kết vỏ trong tantali<ref>{{Chú thích web|url=https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/lib-www/la-pubs/00320959.pdf|title="Archived copy" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2016-10-21. RetrievedTruy cập 2016-06-04.}}</ref>, đã được thử nghiệm trong hai lò phản ứng LAMPRE I và LAMPRE II tại LANL trong những năm 1960. LAMPRE đã trải qua ba lần thất bại khi phân tách nhiên liệu trong quá trình hoạt động<ref>{{Chú thích web|url=http://www.lahdra.org/pubs/reports/In%20Pieces/Chapters%205%20thru%209.pdf|title="Archived copy" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2016-04-15. RetrievedTruy cập 2013-11-11}}</ref>.

Độ dẫn nhiệt và điểm nóng chảy cao khiến cho uranium cacbua là một nguyên liệu hấp dẫn. Ngoài ra, bởi vì sự thiếu [[Ôxy|oxy]] trong nhiên liệu (trong quá trình chiếu xạ, áp suất khí dư thừa có thể hình thành O₂ hoặc các khí khác) cũng như khả năng bổ sung lớp phủ gốm ( giao diện gốm sứ) có sự lợi thế về cấu trúc và hóa học), Urani cacbua có thể là ứng cử viên nhiên liệu lý tưởng cho một số [[lò phản ứng thế hệ thứ 4]] cũng như [[lò phản ứng nhanh làm mát bằng khí]].

Một ưu điểm lớn của lõi chất lỏng là khả năng thoát nước nhanh chóng an toàn vào bể chứa bị động. Lợi thế này đã được chứng minh một cách liên tục như là một phần của hoạt động chấm dứt hàng tuần của chương trình [[ORNL MSRE]] xuyên suốt trong 4 năm thành công.

Một ưu điểm nửa của lõi chất lỏng là khả năng giải phóng khí [[nexon]] thường hoạt động như một chất hấp thụ nơtron và gây ra sự biến dạng cấu trúc của các nguyên tố nhiên liệu rắn dẫn đến thay thế sớm các thanh nhiên liệu rắn với hơn 98% nhiên liệu hạt nhân không bị cháy bao gồm các actinit lâu dài. Ngược lại các lò phản ứng muối nóng chảy ([[MSR]] ) có khả năng giữ lại hỗn hợp nhiên liệu trong thời gian dài, không chỉ làm tăng hiệu suất nhiên liệu mà còn đốt cháy phần lớn chất thải như một phần hoạt động bình thường.

Nhiên liệu muối nóng chảy được sử dụng trong [[LFTR]] được gọi là thí nghiệm phản ứng muối nóng chảy cũng như các thí nghiệm phản ứng lõi chất lỏng khác.Nhiên liệu lỏng của phản ứng muối nóng chảy là hỗn hợp của [[lithium]], [[beryllium]], [[thori]] và [[urani florua]]: LiF-BeF₂-ThF₄-UF₄ (72-16-12-0.4 &nbsp;mol%). Nó có nhiệt độ hoạt động cao nhất ở 705&nbsp;°C trong phòng thí nghiệm và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nữa vì nhiệt độ sôi của muối nóng chảy cao hơn 1400 &nbsp;°C.

[[Tập_tin:Pellet_rod.jpg|giữa|nhỏ|420x420px|Viên nhiên liệu tươi đã sẵn sàng để lắp ráp ]]

[[Nhiên liệu lò phản ứng của áp suất nước|Nhiên liệu lò phản ứng áp suất nước]] bao gồm các que hình trụ được đưa vào bó. Một viên gốm oxit urani tạo thành dạng viên và được đưa vào các ống hợp kim Zircaloy rồi gói lại với nhau.

Các ống Zircaloy có đường kính khoảng 1cm1&nbsp;cm và chứa đầy khí [[heli]] để cải thiện sự dẫn nhiệt từ nhiên liệu đến lớp phủ. Có khoảng 179-264 thanh nhiên liệu cho mỗi bó nhiên liệu và khoảng 129-193 được nạp vào lõi lò phản ứng.

Trong [[phản ứng nước đun sôi]], nhiên liệu giống như nhiên liệu PWR ngoại trừ các bó được đóng hộp còn có một ống mỏng xung quanh mỗi bó. Điều này chủ yếu được thực hiện để ngăn chặn các biến thể mật độ cục bộ ảnh hưởng đến neutronics và thủy nhiệt của lõi lò phản ứng. Trong các gói nhiên liệu BWR hiện đại có 91, 92 hoặc 96 thanh nhiên liệu mỗi cụm tùy thuộc vào nhà sản xuất. Khoảng 368 cụm nhỏ nhất cho đến 800 cụm lớn nhất ở Hoa Kỳ để hình thành lõi của lò phản ứng. Mỗi thanh nhiên liệu BWR được lấp đầy với [[Heli|heliumheli]]um với áp suất khoảng 3 atm (300 kPa).

Các bó nhiên liệu Candu dài khoảng nửa mét và có đường kính 10cm10&nbsp;cm. Chúng bao gồm các hạt (UO₂) được nung kết trong các ống hợp kim [[zirconi]] cũng như tiếp tục hàn gắn thành đoạn cuối của tấm phiến hợp kim zirconi. Mỗi bó nặng gần 20 &nbsp;kg, mỗi lõi điển hình chứa 4500-6500 bó theo thứ tự tùy thuộc vào bản thiết kế. Bó CANFLEX có 43 thành phần nhiên liệu với hai kích thước phần tử. Nó có đường kính khoảng 10 &nbsp;cm, dài 0,5 m và nặng khoảng 20 &nbsp;kg và được thay thế cho bó chuẩn 37 trục. Nó được thiết kế đặc biệt để tăng hiệu suất nhiên liệu bằng cách sử dụng hai đường kính pin khác nhau và các thiết kế hiện tại của CANDU không cần [[làm giàu urani]] để đạt được mức độ quan trọng (do điều tiết nước hiệu quả hơn), tuy nhiên, một số khái niệm mới hơn kêu gọi làm giàu urani ít hơn để giúp giảm kích thước của lò phản ứng.