Od urana do jedrskega goriva
Korak 1:Uranova ruda – rudarjenje in predelava
Uranovo rudo iz zemeljske skorje očistimo ter zmeljemo. Uranove minerale raztapljamo v raztopinah kislin ali baz z namenom, da nastane prečiščen koncentrat uranovega oksida (kemijska formula U3O8), ki ga imenujemo rumena pogača.
Rumena pogača je izredno čist naravni uran, ki pa vsebuje le 0,71 % urana 235. Ker večina jedrskih reaktorjev obratuje na 1–5 % obogateni uran 235, sledi proces obogatitve.
Obogatitev urana je najlažja, če je uran v plinasti obliki. Tako ga s kemijskim procesom pretvorimo v uranov heksafluorid (UF6), ki je pri normalnih pogojih v trdnem stanju, pri temperaturi 56 °C pa v plinastem.
Korak 2:Obogatitev urana
Obogatitev urana pomeni, da je treba ločiti izotop urana 238 od urana 235 ter tako povečati relativni delež urana 235. To je najbolj učinkovito v plinskih centrifugah, v katerih so težje molekule izotopov urana 238 na njihovem zunanjem robu, medtem ko se lažje molekule zadržujejo v sredini, od koder jih izčrpamo. Tako lahko povečamo delež urana 235, kar imenujemo obogatitev.
Podjetje URENCO je trenutno dobavitelj obogatenega urana za NEK, gorivne elemente pa izdeluje podjetje Westinghouse.
Korak 3:Izdelava gorivnih elementov
Obogateni uranov heksafluorid pretvorimo iz plinskega stanja v robustno trdno obliko, saj mora biti uran v reaktorju kar se da odporen na visok pritisk in temperaturo. Tako ga predelamo v kemijsko obliko uranov dioksid (UO2), čemur sledi proces sintriranja (tlačna in termična obdelava). Končni proizvod so obogatene uranove tabletke, ki imajo podobne termične lastnosti kot keramika, saj se talijo šele pri 2800 °C.
Gorivne tabletke so neprepustno zaprte v ceveh gorivnih palic, ki so narejene iz cirkonijeve zlitine – kovine, ki ima dobre kemijsko-mehanske lastnosti. Prostor med srajčko gorivne palice in gorivnimi tabletkami je napolnjen s helijem, kar preprečuje deformacijo gorivnih palic, ki bi lahko nastala zaradi obratovalnih razmer v reaktorju (tlak nad 150 barov). Gorivne palice se nato združijo v gorivni element.
Korak 4:Uporaba jedrskega goriva v reaktorju
Sveže gorivo pred vstopom v reaktor ni radioaktivno in omogoča enostavno rokovanje. Sredica reaktorja je sestavljena iz več gorivnih elementov; v NEK jih je 121, od katerih je praviloma 56 novih, ostali pa so iz prejšnjih gorivnih ciklusov. Ko poteče verižna reakcija, postane gorivo v reaktorju močno radioaktivno ter proizvaja veliko količino energije (toplote). Gorivne elemente hladi voda v primarnem hladilu, ki toploto predaja v sekundarni krog.
Korak 5:Skladiščenje izrabljenega goriva
Ko se gorivo odstrani iz sredice, se shrani v bazenu za izrabljeno gorivo predvsem zato, da se ustrezno hladi. Po približno petih letih je možno tudi suho skladiščenje izrabljenega goriva v posebej izdelanih nepropustnih vsebnikih, ki omogočajo ustrezno hlajenje tega goriva in zadržujejo radioaktivno sevanje. Suho skladiščenje pomeni, da toploto, ki jo oddaja uporabljeno gorivo, odvajamo v zrak brez radioloških vplivov.
Izrabljeno gorivo je možno uporabiti tudi kot sekundarno surovino, iz katere lahko pridobimo predelan uran in plutonij, ki se uporabljata za novo jedrsko gorivo. Če izrabljenega goriva ne bi predelovali, bi postal visoko radioaktivni odpadek, sicer pa se kot odpadek obdela samo preostanek odpadka iz postopka predelave.
Nereciklirano gorivo, ki se obdela kot nekoristna surovina, se odlaga v posebnih nepropustnih vsebnikih za trajno odlaganje. Konceptov nepropustnih vsebnikov je več, so pa podobni vsebnikom za suho skladiščenje izrabljenega goriva.
Jedrski gorivni krog
Novejši jedrski reaktorji omogočajo uporabo recikliranega goriva. Iz izrabljenega goriva, tj. goriva, ki je bilo že uporabljeno v reaktorju, se reciklirata uran in plutonij ter se z mešanjem s svežim uranom uporabita kot novo gorivo. Recikliranje izrabljenega goriva omogoča zmanjšanje radioaktivnih odpadkov, ponovno uporabo jedrskega goriva in zmanjšanje potrebe po svežem naravnem uranu.