Kärnbränsle består i första hand av klyvbart material, såsom uran-235 eller plutonium-239, som kan användas i kärnreaktorer för att generera energi genom kontrollerade kärnkedjereaktioner. Det klyvbara materialet är vanligtvis i form av små pellets eller stavar, som staplas ihop för att bilda bränslepatroner.

Typiskt består kärnbränsle av följande komponenter:

1. Klyvbart material: Den primära ingrediensen i kärnbränsle är det klyvbara materialet. Detta är materialet som genomgår kärnklyvning och frigör stora mängder energi. Det vanligaste klyvbara materialet som används i kommersiella kärnreaktorer är uran-235 (U-235). Andra klyvbara material, såsom plutonium-239 (Pu-239), kan också användas.

2. Bertilt material: Kärnbränsle innehåller ofta ett fertilt material, som kan omvandlas till klyvbart material genom neutronfångning och efterföljande radioaktivt sönderfall. Det vanligaste fertila materialet som används i kärnreaktorer är uran-238 (U-238). U-238 är inte klyvbart i sig, men när det fångar en neutron omvandlas det till klyvbart plutonium-239.

3. Beklädnad: De klyvbara och fertila materialen är inkapslade i ett skyddande lager som kallas beklädnad. Denna beklädnad tjänar flera syften:

– Det hindrar de radioaktiva materialen från att tränga in i reaktorns kylvätska.

– Det gör att bränslet kan hanteras säkert och transporteras.

– Det hjälper till att upprätthålla bränslestrukturen och integriteten under de extrema förhållanden som finns inne i en kärnreaktor.

Beklädnadsmaterialet är typiskt en korrosionsbeständig metall, såsom zirkoniumlegering.

4. Neutronmoderator: I vissa reaktorkonstruktioner används en neutronmoderator för att bromsa de neutroner som produceras under kärnklyvning. Detta är viktigt eftersom långsammare neutroner är mer benägna att fångas upp av fertilt material, vilket ökar produktionen av klyvbart material och förbättrar reaktorns bränsleeffektivitet. Vanliga neutronmoderatorer inkluderar vanligt vatten, tungt vatten och grafit.

5. Neutronabsorbent: Kärnbränsle kan också innehålla neutronabsorbatorer, som är material som lätt fångar neutroner och hjälper till att kontrollera hastigheten för kärnkedjereaktioner. Neutronabsorbenter är vanligtvis gjorda av material som kadmium, bor och hafnium.

Kärnbränslets sammansättning och utformning kan variera beroende på den specifika typen av kärnreaktor och önskade prestandaegenskaper.