Ядерное топливо. Компоненты

Основой для производства ядерного топлива является урановая руда, которая содержит 99,3 % урана 238 (238U) и 0,7 % урана 235 (235U).

В современных реакторах на тепловых нейтронах основной «горючей» массой является 235U, на базе которого происходит  цепная    реакция  деления.  Изотоп  урана  238U  является неделящимся материалом. Таким образом, лишь малая доля естественного урана может быть использована для получения энергии в реакции деления.

При полном делении 1 кг 235U выделяется энергия 8•1013 Дж = 1,91•1013 кал = 1,91•1010 ккал = 1,91•10 4 Гкал.  Легко подсчитать, что эта энергия эквивалентна 1,91•1010 / 7 000 = 2,73•106 кг у.т. = 2730 тонн у.т. и  равна энергии примерно 3000 тонн каменного  угля. Поэтому 1 кг  естественного  урана по своему энергетическому  потенциалу  эквивалентен  примерно  21  тоннам  угля. 

При оценках мировых запасов уранового «топлива» обычно исходят из содержания в урановой руде изотопа 235U. Однако энергетический потенциал естественного  урана может быть увеличен в сотни раз, если неделящийся изотоп 238U будет конвертирован в другой делящийся изотоп  239U. Это связано с созданием реактора на быстрых нейтронах по сравнению с ныне эксплуатируемыми реакторами на тепловых нейтронах. Этот вопрос может быть предметом отдельного изучения.

Следует заметить, что в настоящее время в реакторах  атомных  электростанций  используется  обогащенный  уран,  то есть  такой  природный  уран,  в  котором  искусственным  путем  содержание урана 235U увеличено, например, до 5 %. При такой концентрации  делящегося  материала  обеспечивается  возможность осуществления  цепной  реакции  деления  ядер  урана.  Необходимо отметить,  что  по  степени  обогащения  урановый материал  классифицируется на три вида: слабообогащенный (до 5 %) , среднеобогащенный (от 5 до 20 %), высокообогащенный (от 20 до 80 %).

По мере увеличения степени обогащения урана снижаются затраты на доставку уранового топлива от места его производства до атомной электростанции.  Затраты  на  транспортировку  даже  природного урана, равноценного по своей энергетической ценности  количеству традиционного топлива, несопоставимо меньше (на 3-4 порядка) по сравнению с обычным топливом. Одного вагона-контейнера уранового  топлива  достаточно,  чтобы  обеспечить  годовую  работу  АЭС мощностью 1000 МВт.