3.2 Ядерное топливо

Характерной особенностью ядерного топлива является тот факт, что оно не может быть израсходовано в реакторе полностью, как расходуется обычное химическое топливо. Химическое топливо, как правило, сжигается в топке до конца, и возможность протекания химическое реакции практически не зависит от количества, вступающего в реакцию. Ядерная же цепная реакция не может идти, если количество топлива в реакторе меньше определенного значения, называемого критической массой. Однако даже само наличие критической массы ядерного топлива не говорит о том, что реакция будет протекать. Выгорать может лишь та часть топлива, которая загружается в реактор сверх критической массы. Таким образом, ядерное топливо в количестве, равном критической массе, служит своеобразным катализатором процесса, обеспечивает возможность протекания реакции, не участвуя в ней. Естественно, что топливо в количестве, составляющем критическую массу, физически неотделимо в реакторе от выгорающего топлива. В тепловыделяющих элементах, загружаемых в реактор, с самого начала помещается топливо, как для создания критической массы, так и для выгорания.

Кроме обязательного существования критической массы есть еще одна характерная особенность использования ядерного топлива, связанная с физическими условиями, в которых оно находится в реакторе. Под действием интенсивного ядерного излучения, высокой температуры и, в особенности, в результате накопления продуктов деления происходит постепенное ухудшение физико-механических, а также ядерно-физических свойств смеси топлива и сырья. Топливо, образующее критическую массу, становится непригодным для дальнейшего использования. Его приходится периодически извлекать из реактора и заменять свежим. Извлеченное топливо для восстановления первоначальных свойств должно подвергаться регенерации. В общем случае – это трудоемкий, длительный и дорогой процесс.