6.3. Combustibili nucleari

Aceşti combustibili sunt materiale care furnizează o cantitate foarte mare de energie pe seama unei reacţii de fisiune nucleară.

Combustibilii nucleari se pot împărţi în materiale fertile (²³⁸U, ²³²Th) aflate sub formă metalică sau sub formă de compuşi ca oxizi, carburi, nitruri, mase ceramice sau vitroceramice şi materiale fisionabile (²³³U, ²³⁵U, ²³⁹Pt), obţinute pe baza materialelor fertile printr-o reacţie de captură a unui neutron.

Utilizarea uraniului (amestec de izotopi) ca şi combustibil în reactoare nucleare implică o puritate a acestuia de cca. 93,5%. Combustibilul nuclear din centrale conţine uraniu natural (cu 0,713% ²³⁵U), uraniu îmbogăţit cu 1-5% ²³⁵U şi toriu combinat cu uraniu sau cu plutoniu.

În decursul proceselor nucleare are loc reproducerea combustibilului,. Astfel, ²³⁹Pu se poate obţine din ²³⁸U prin bombardare cu neutroni termici, pentru ca apoi, prin fisiune, să refacă izotopul de uraniu; în reacţii are loc şi conversia combustibilului adică transformarea izotopilor în alţii cu utilizări speciale. Aceste două procese fac ca obţinerea de energie pe seama reacţiilor nucleare să nu fie prohibitiv de scumpă.

Combustibilii nucleari pot fi metalici, U, Pt, Th sau aliaje ale acestora, ceramici (oxizi, carburi, vitroceramici) sau metalo-ceramici numiţi şi cermeţi. Cermeţii sunt compozite care combină proprietăţile de reactivitate specifice stării metalice cu siguranţa în exploatare care caracterizează ceramicile şi sunt un amestec de material fertil cu material fisionabil introdus într-o matrice de material nefisionabil: UO₂, UC, UN, U₃Si într-o matrice metalică. O combinaţie similară utilizată este o dispersie carbo-ceramică la care faza fisionabilă este de UO₂, UO₂-ThO₂, UC sau UC₂-PuC₂ în matrice de grafit, BeO, Al₂O₃ sau SiO₂.

Furnizarea de energie pe seama unei reacţii nucleare este un proces fiabil dar deosebit de periculos datorită consecinţelor pe care le poate avea un accident major la o centrală nucleară. Totuşi, o jumătate de secol de cercetări asidue au condus la proiectarea de tehnologii cu un grad redus de risc iar această cale este puţin probabil să fie abandonată deoarece combustibilii convenţionali (derivaţi din cărbune sau petrol) se află în cantităţi limitate.

Cercetările se îndreaptă şi spre celălalt tip de reacţie nucleară, fuziunea, care teoretic este mult mai puţin periculoasă şi la fel de eficace. Deşi exemplul clasic de reacţii de fuziune ne este mereu la îndemână, soarele, totuşi acest proces a putut fi deocamdată reprodus în laborator doar pentru perioade extrem de scurte.