Od uranija do nuklearnog goriva
Korak 1:Uranijeva ruda – rudarenje i prerada
Uranijeva ruda iz Zemljine kore se očisti, a potom samelje. Uranijevi minerali otapaju se u otopinama kiselina ili baza kako bi nastao pročišćen koncentrat uranijevog oksida (kemijska formula U3O8), koji nazivamo žutim kolačem.
Žuti kolač je vrlo čist prirodni uranij, koji sadrži samo 0,71 % uranija 235. Budući da većina nuklearnih reaktora upotrebljava uranij 235 obogaćen na 1 – 5 %, slijedi postupak obogaćivanja.
Uranij se najlakše obogaćuje u plinovitom stanju. Kemijskim postupkom iz njega se dobiva uranijev heksafluorid (UF6), koji je u normalnim uvjetima u čvrstom stanju, dok je pri temperaturi 56 Celzijevih stupnjeva u plinovitom.
Korak 2:Obogaćenje uranija
Obogaćenje uranija znači da je potrebno odvojiti izotop uranija 238 od uranija 235 te time povećati relativni udio uranija 235. To je najučinkovitije u plinskim centrifugama, u kojima su teže molekule izotopa uranija 238 na njihovom vanjskom rubu, dok se lakše molekule zadržavaju u sredini, odakle ih iscrpimo. Time možemo povećati udio uranija 235, što nazivamo obogaćenjem.
Trenutno je kompanija URENCO dobavljač obogaćenog uranija za NEK, dok gorivne elemente izrađuje kompanija Westinghouse.
Korak 3:Izrada gorivnih elemenata
Obogaćeni uranijev heksafluorid pretvara se iz plinovitog stanja u robustan, čvrst oblik jer u reaktoru uranij mora biti što otporniji na visok tlak i temperaturu. Stoga se prerađuje u kemijski oblik uranijev dioksid (UO2), čemu slijedi postupak sinteriranja (tlačna i termička obrada). Konačni su proizvod obogaćene uranijeve tablete, koje imaju svojstva slična keramici jer se tale tek pri 2800 Celzijevih stupnjeva.
Gorivne tablete nepropusno su zatvorene u cijevima gorivnih palica od cirkonijeve slitine – metala koji ima dobra kemijska i mehanička svojstva. Prostor između košuljice gorivne palice i gorivnih tableta ispunjen je helijem, čime sprječava deformaciju gorivnih palica zbog pogonskih uvjeta u reaktoru (tlak veći od 150 bara). Zatim se gorivne palice sastave u gorivni element.
Korak 4:Korištenje nuklearnog goriva u reaktoru
Prije ulaganja u reaktor svježe gorivo nije radioaktivno pa omogućuje jednostavno rukovanje. Reaktorska jezgra sastoji se od više gorivnih elemenata – u NEK-u od 121, od kojih je u pravilu 56 novih, dok su ostali iz prethodnih gorivnih ciklusa. Kada se pokrene lančana reakcija, gorivo u reaktoru postaje jako radioaktivno te proizvodi golemu (toplinsku) energiju. Gorivne elemente hladi voda u primarnoj rashladnoj vodi, koja toplinu prenosi u sekundarni krug.
Korak 5:Skladištenje istrošenog goriva
Nakon što se gorivo izvuče iz jezgre, pohranjuje se u bazenu za istrošeno gorivo, prvenstveno s namjerom da se odgovarajuće hladi. Nakon približno pet godina moguće je i suho skladištenje istrošenog goriva u posebno izrađenim nepropusnim spremnicima, koji omogućavaju odgovarajuće hlađenje tog goriva i zadržavaju radioaktivno zračenje.
Istrošeno gorivo moguće je upotrijebiti i kao sekundarnu sirovinu, iz koje možemo dobiti prerađen uranij ili plutonij, koji se koriste za novo nuklearno gorivo. Ako se istrošeno gorivo ne preradi, postaje visokoradioaktivni otpad. U suprotnom se kao otpad prerađuje samo ostatak otpada iz postupka prerade.
Nereciklirano gorivo, koje se obrađuje kao nekorisna sirovina, odlaže se u posebnim nepropusnim spremnicima za trajno odlaganje. Postoji više koncepata nepropusnih spremnika, koji su slični spremnicima za suho skladištenje istrošenog goriva.
Nuklearni gorivni krug
Noviji nuklearni reaktori omogućuju korištenje recikliranog goriva. Iz istrošenog goriva – goriva koje je već upotrijebljeno u reaktoru – recikliraju se uranij i plutonij te se miješanjem sa svježim uranijem upotrebljavaju za novo gorivo. Recikliranje istrošenog goriva omogućuje smanjivanje radioaktivnog otpada, ponovnu upotrebu nuklearnog goriva i smanjenje potrebe za svježim prirodnim uranijem.
