در تأسيسات توليد سوخت توجه زيادي به شکل و اندازه مخزن هاي عملياتي مي شود تا از اتفاقات خطرناک جلوگيري شود. (يک زنجير محدود واکنش پرتو آزاد مي کند). با سوخت غني شده ضعيف امکان اتفاق افتادن اين حوادث بعيد به نظر مي رسد. اما در تأسيسات هسته اي بررسي سوخت هاي مخصوص براي تحقيقات راکتورها عملي حياتي است.
توليد نيرو
درون يک راکتور هسته اي اتم هاي اورانيوم 235 (u-235) شکافته مي شوند و در جريان عمليات پردازش انرژي آزاد مي کنند. اين انرژي اغلب براي حرارت دادن آب و تبديل کردن آن به بخار استفاده مي شود.
بخار توربيني را که به ژنراتور متصل است به حرکت مي اندازد و باعث توليد الکتريسيته مي شود. مقداري از اورانيوم 238 (u-238 به شکل سوخت) در هسته و مرکز راکتور به پلوتونيوم تبديل مي شود و اين يک سوم انرژي در يک راکتور هسته اي معمولي را حاصل مي کند. شکافتن اورانيوم به عنوان منبع حرارت در راکتورها استفاده مي شود. همان گونه که سوزاندن زغال سنگ، گاز و يا نفت به عنوان سوخت فسيلي در تأسيسات نيرو استفاده مي شود.
سوخت مصرف شده (خرج شده)
با گذشت زمان، غلظت قطعات و عناصر سنگين شکافته شده مانند پلوتونيوم در مجموعه سوخت افزايش خواهد يافت تا جايي که ديگر هيچ سودي در استفاده دوباره از سوخت نيست. بنابراين پس از گذشت 12 الي 24 ماه سوخت مصرف شده از راکتور خارج مي شود. مقدار انرژي که از مجموعه سوختي توليد شده است با نوع راکتور و سياست و کارداني گرداننده راکتور تغيير مي کند.
معمولا بيش از 45 ميليون کيلو وات ساعت الکتريسيته از يک تن اورانيوم طبيعي توليد مي شود. توليد اين مقدار انرژي الکتريکي با استفاده از سوخت هاي فسيلي ملزم به سوزاندن بيش از 20 هزار تن زغال سنگ سياه و 30 ميليون مترمکعب گاز است.
انبار کردن سوخت مصرف شده
وقتي يک مجموعه سوختي، از راکتور خارج مي شود از خود پرتو ساطع مي کند که اساساً بيشتر از شکافتن قطعات و حرارت آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهاي انبار که در اطراف راکتور براي کاهش ميزان پرتوزايي آن است تخليه مي شوند. در استخرها، آب جلوي پرتوزايي را مي گيرد و همچنين حرارت را به خود جذب مي کند.
سوخت مصرف شده در چنين استخرهايي براي ماه ها و يا سال ها نگه داشته مي شوند.
وابسته به سياست کشورهاي مختلف در بعضي از آنها مقداري از سوخت مصرف شده به امکانات و تأسيسات انبار مرکزي انتقال مي يابند. سرانجام، سوخت مصرف شده يا بايد دوباره پردازش شود و يا براي دفع اتمي آماده شود.
پردازش دوباره
سوخت مصرف شده چيزي حدود 95 درصد اورانيوم 238 است ولي داراي حدود يک درصد اورانيوم 235 که شکافته شده نيز نيست، و در حدود يک درصد پلوتونيوم و سه درصد محصولات شکافته شده که در حد زيادي پرتوزا هستند و ديگر عناصر ترانزورانيک (که عدد اتمي بيشتري نسبت به اورانيوم دارد) که در راکتور شکل گرفته اند در دستگاه هاي دوباره سازي سوخت مصرف شده به سه جزء تشکيل دهنده خود تفکيک مي شوند: اورانيوم، پلوتونيوم و پس مانده که شامل محصولات شکافته شده است. دوباره سازي امکان بازسازي مجدد اورانيوم و پلوتونيوم به سوخت تازه را مي دهد و بخش عمده اي از پس مانده کاهيده را توليد مي کند. (مقايسه با به حساب آوردن کل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)
بازسازي مجدد اورانيوم و پلوتونيوم
اورانيوم حاصل از دوباره سازي که معمولا غلظتي کمي بيشتر از اورانيوم 235 دارد و در طبيعت رخ مي دهد، مي تواند اگر نياز باشد پس از تبديل کردن و غني شدن به عنوان سوخت استفاده شود. پلوتونيوم مي تواند مستقيماً به MOX (سوخت مخلوط اکسيد) تبديل شود که در آن اورانيوم و پلوتونيوم مخلوط شده اند.
در راکتورهايي که از سوخت MOX استفاده مي کنند، پلوتونيوم به جاي اورانيوم 235 جانشين سوخت اورانيوم اکسيد معمولي مي شود.
دفع سوخت مصرف شده
در حال حاضر، هيچ گونه امکاناتي براي دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امکانات انبارسازي) وجود ندارد که براي دوباره سازي استفاده مي شود و پس مانده هاي به جا مانده از دوباره سازي مي توانند در محلي انباشته شوند. هرچند نتايج فني و تکنيکي مرتبط با دفع سوخت ثابت کرده اند که هيچ احتياجي به تأسيس چنين امکاناتي در برابر حجم کم پس مانده ها نيست. انبار کردن با توجه به کاهش در حال رشد پرتوزايي براي مدت طولاني آسان تر است. همچنين مقاومت مغناطيسي در سوخت دفع شده وجود دارد، چون منبع قابل توجهي از انرژي در آن است که مي تواند دوباره فرآوري شود و امکان بازيافت دوباره را به اورانيوم و پلوتونيوم بدهد.
تعدادي از کشورها در حال انجام مطالعاتي در زمينه تصميم گيري بهترين راه براي نزديک شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس مانده هاي پس از دوباره سازي هستند. روش متداولي که امروزه استفاده مي شود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهاي زيرزميني است:
پس مانده ها
پس مانده هاي حاصل از چرخه سوختي هسته اي در رده هاي: شديد، متوسط و کم دسته بندي مي شوند و اين تقسيم بندي براساس تشعشعات راديواکتيوي که از خود ساطع مي کنند، است.
اين پس مانده ها از منابعي سرچشمه مي گيرند که شامل موارد زير است:
پس مانده هاي رده پايين (Low-level) که در تمام مراحل چرخه سوختي توليد مي شوند.
پس مانده هاي رده متوسط (Intermediat-level) که در جريان عملکرد راکتور و دوباره سازي توليد مي شوند.
پس مانده هاي رده بالا (High-Level) که شامل محصولات شکافته شده حاصل از دوباره سازي و در بسياري از کشورها خود سوخت مصرف شده هستند.
فرآيند غني سازي توليدات را به سوي تهي کردن اورانيوم هدايت مي کند. غلظت اورانيوم 235 به طور عمده کمتر از 7/0 درصد است که در طبيعت پيدا مي شود. تعداد کمي از اين مواد که اصولاً اورانيوم 238 هستند زماني استفاده مي شوند که چگالي بسيار زياد نياز است. مثل استحفاظ پرتوافشاني و گاهي استفاده در توليد سوخت Mox. در حالي که اورانيوم 238 قابل شکافتن نيست ماده اي پرتوافشاني کم است و بايد درمورد آن احتياط کرد، از اين رو يا آن را انبار و يا دفع مي کنند.
ميزان مواد موجود در چرخه سوختي هسته اي
موارد زير فرضيات مختلفي ايجاد مي کنند. (پاورقي شماره 2 را ملاحظه فرماييد) اما مورد ملاحظه عملکرد راکتور انرژي هسته اي NWE 1000 قرار مي گيرند.
20000 تن از يک درصد سنگ معدن اورانيوم استخراج
230 تن از اورانيوم اکسيد غليظ شده (همراه 195 تن اورانيوم) آسياب سازي
288 تن UF6 (همراه 195 تن اورانيوم) تبديل کردن
35 تن UF6 (همراه 24 تن اورانيوم غني شده) غني سازي
27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانيوم غني شده) ساخت و توليد سوخت
7000 ميليون کيلووات ساعت (kwh) نيروي الکتريسيته عملکرد راکتور
27 تن شامل 240 کيلوگرم پلوتونيوم، 23 تن اورانيوم(u-235 8/0 درصد)، 720 کيلوگرم محصولات شکافتي، همچنين ترانزورانيک سوخت مصرف شده

پاورقي شماره 1

غليظ کننده هاي اورانيوم بعضي اوقات در شرايط u3o8 قرار مي گيرند که حجم آن (مخلوطي از دو اورانيوم اکسيدي که نسبتاً همان چيزي است که در طبيعت يافت مي شود.
محصول u3o8 خالص شامل حدوداً 85 درصد فلز اورانيوم است.

پاورقي شماره 2

غلظت اورانيوم 80 درصد است، غني سازي در 4 درصد اورانيوم 235 به همراه 3 درصد دنباله آزمايش شده، 80 درصد براي عملکرد راکتور 72 تن اورانيوم بارگزاري مي شوند. سوخت گيري سالانه است و هر سال يک سوم سوخت را عوض مي کنند.