Tipicamente, il combustibile nucleare è costituito dai seguenti componenti:
1. Materiale fissile: L'ingrediente principale del combustibile nucleare è il materiale fissile. Questo è il materiale che subisce la fissione nucleare, rilasciando grandi quantità di energia. Il materiale fissile più comune utilizzato nei reattori nucleari commerciali è l'uranio-235 (U-235). Possono essere utilizzati anche altri materiali fissili, come il plutonio-239 (Pu-239).
2. Materiale fertile: Il combustibile nucleare spesso contiene materiale fertile, che può essere convertito in materiale fissile attraverso la cattura dei neutroni e il successivo decadimento radioattivo. Il materiale fertile più comunemente utilizzato nei reattori nucleari è l'uranio-238 (U-238). L'U-238 non è fissile di per sé, ma quando cattura un neutrone viene convertito in plutonio-239 fissile.
3. Rivestimento: I materiali fissili e fertili sono incapsulati in uno strato protettivo chiamato rivestimento. Questo rivestimento ha diversi scopi:
- Impedisce ai materiali radioattivi di fuoriuscire nel liquido di raffreddamento del reattore.
- Permette di movimentare e trasportare il carburante in tutta sicurezza.
- Aiuta a mantenere la struttura e l'integrità del combustibile nelle condizioni estreme presenti all'interno di un reattore nucleare.
Il materiale di rivestimento è tipicamente un metallo resistente alla corrosione, come una lega di zirconio.
4. Moderatore neutronico: In alcuni progetti di reattori, un moderatore di neutroni viene utilizzato per rallentare i neutroni prodotti durante la fissione nucleare. Questo è importante perché i neutroni più lenti hanno maggiori probabilità di essere catturati da materiale fertile, aumentando la produzione di materiale fissile e migliorando l’efficienza del carburante del reattore. I moderatori di neutroni comuni includono acqua ordinaria, acqua pesante e grafite.
5. Assorbitore di neutroni: Il combustibile nucleare può anche contenere assorbitori di neutroni, che sono materiali che catturano facilmente i neutroni e aiutano a controllare la velocità delle reazioni a catena nucleare. Gli assorbitori di neutroni sono generalmente costituiti da materiali come cadmio, boro e afnio.
La composizione e la progettazione del combustibile nucleare possono variare a seconda del tipo specifico di reattore nucleare e delle caratteristiche prestazionali desiderate.
