چرخه تولید سوخت هسته ای

چرخه سوخت هسته‌ای اشاره به مراحل مختلف دستیابی به سوخت هسته‌ای دارد چرخه سوخت هسته‌ای از دو بخش انتهای جلویی Front End و انتهای عقبی Back End تشکیل شده است.

1- انتهای جلویی مراحلی است که منجر به آماده سازی اورانیوم به عنوان سوخت راکتور هسته‌ای می شود.‌ این مراحل عبارت است از: الف) اکتشاف و استخراج که با تکنیک‌ها و روش‌های زمین شناسی معدن اورانیوم شناسایی می شود. به سه روش اورانیوم استخراج می شود استخراج از سطح زمین، استخراج از معادن زیرزمین و تصفیه در معدن. اورانیومی که از معدن به دست می‌اید یک دست نیست یعنی همه اتم‌های آن دارای یک وزن نیستند بعضی از آنها سنگین ترند که بنام اورانیوم 238 معروف است بعضی نیمه سنگین به نام اورانیوم 235 و بعضی سبک تر که به آن اورانیوم 234 می گویند. ب) آسیاب کردن؛ پس از استخراج، تک سنگ‌ها به آسیاب فرستاده می شوند تا خرد شده و سپس توسط اسیدسولفوریک از دیگر اتم‌ها جدا می شوند بعد تصفیه و خشک شده و محصول به دست آمده، کنسانتره جامد اورانیوم است که کیک زرد نامیده می شود. ج) تبدیل؛ پودر یا کنسانتره اورانیوم جامد طی فرایندی شیمیایی به اکسید اورانیوم (Uo) و اکسید اورانیوم به تترافلوراید اورانیوم (UFA) و تترافلوراید اورانیوم به هگزافلوراید اورانیوم(UF6) تبدیل می شود. UF6 در دمای نه چندان بالا به گاز تبدیل می شود. د)غنی سازی؛ برای آنکه UF6 به عنوان سوخت هسته‌ای مورد استفاده قرار گیرد باید‌ایزوتوپ (اتم‌هایی را که دارای عدد اتمی برابر اما وزن‌های اتمی متفاوت باشند‌ایزوتوپ‌های یک عنصر می نامند) قابل شکافت آن را غنی کرد. البته سطح غنی سازی بسته به کاربرد سوخته هسته‌ای متفاوت است برای یک رآکتور آب سبک سوختی با پنج درصد اورانیوم 235 مورد نیاز است در حالی که برای یک بمب اتمی باید حداقل 90 درصد غنی شده باشد. روش‌های مختلفی برای غنی سازی اورانیوم وجوددارد. انتشار گاز و سانتریفیوژ گاز مهمترین آنهاست. در انتشار گاز (دیفیوژن) گاز طبیعی UF6 را با فشار بالا از یک سری سدهای انتشاری عبور می دهند. ‌این سدها اتم‌های سبک تر را با سرعت بیشتری عبور می دهند در نتیجه UF6 235سریع تر از 238 UF6 عبور می کند. در روش ماشین سانتریفیوژ گاز UF6 طبیعی را به مخزن‌های استوانه‌ای تزریق می کنند و با سرعت بسیار زیاد (ششصدهزار دور در یک دقیقه) می چرخانند. نیروی گریز از مرکز موجب می شود  UF6 235 از UF6238 جدا شود. هـ) میله‌های سوخت؛ در‌این مرحله UF6 غنی شده به پودر دی اکسید اورانیوم (Uo2) تبدیل می شود پودر Uo2 سپس فشرده شده و به شکل قرص درمی‌اید. قرص‌ها روی هم قرار داده شده و میله‌های سوخت را تشکیل می دهند. میله‌های سوخت را در بسته‌های چندتایی دسته بندی کرده و در لوله‌های مخصوصی قرار می دهند.

این لوله از آلیاژ مخصوص (زیرکونیوم) ساخته شده است.

2-انتهای عقبی؛‌این بخش پس از‌اینکه سوخت هسته‌ای مصرف شد، آغاز می گردد. در هر هشت مگاوات ساعت انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه هسته‌ای 30 گرم زباله رادیواکتیو به وجود می‌اید. زباله‌ها به سه گروه تقسیم می شود: «سطح پایین» که پوشش حفاظتی ندارد. «سطح متوسط» که عمر کوتاهی دارد، در بتون یا مخزن زباله قرار می دهند. «سطح بالا» که نیاز به پوشش حفاظتی و سردسازی دارند. مدیریت ‌این ضایعات سه مرحله دارد: الف) انبارداری موقتی، در‌اینجا باید آنها را سرد کرد و هم از تابیدن پرتوهای رادیواکتیو آن به محیط جلوگیری کرد. ب)بازفرآوری با روش‌های شیمیایی که در‌این مرحله مواد زائد به عنوان زباله هسته‌ای و پلوتونیوم از آن جدا می شود. ضایعات هسته‌ای سطح بالا را پس از جداسازی حرارت می دهند تا به پودر تبدیل شود. پس از فرایندی که «آهی کردن» خوانده می شود پودر را به شیشه مخلوط می کنند تا ضایعات را در محفظه‌ای محبوس کنند.‌ این فرایند شیشه سازی نام دارد. شیشه مایع برای ذخیره سازی درون محفظه‌هایی از جنس فولاد ضدزنگ قرار می گیرند و‌این محفظه‌ها را در منطقه‌ای پایدار (از نظر جغرافیایی) انبار می کنند.