Bahan api nuklear

Bahan api nuklear (Jawi: ‏باهن اڤي نوكليار‎code: ms is deprecated ‎) ialah bahan yang digunakan dalam Loji kuasa nuklear untuk menghasilkan haba untuk menggerakkan turbin. Haba dihasilkan apabila bahan api menjalani proses pembelahan nuklear.

Proses Bahan Api Nuklear

Graf membandingkan nombor nukleon dengan tenaga pengikatan.

Replika teras reaktor penyelidikan di Institut Laue-Langevin.

Kebanyakkan bahan api nuklear mempunyai unsur berat boleh belah aktinida yang mampu untuk menjalani dan mengekalkan pembelahan nuklear. Tiga isotop utama untuk pembelahan ialah uranium-233, uranium-235 dan plutonium-239. Apabila nukleus atom-atom ini dilanggar oleh neutron perlahan, mereka membelah, menghasilkan dua nukleus anak dan dua atau tiga neutron. Neutron-neutron ini kemudian membelah lebih banyak nukleus. Ini menghasilkan Tindak balas rantai nuklear yang dikawal dalam reaktor nuklear, atau tanpa kawalan dalam senjata nuklear.

Proses yang terlibat dalam perlombongan, penulenan, penggunaan, pembuangan bahan api nuklear dikenali sebagai kitar bahan api nuklear.

Bukan semua bahan api nuklear menghasilkan tenaga daripada pembelahan nuklear; plutonium-238 dan beberapa unsur lain digunakan untuk menjana tenaga nuklear yang sedikit melalui reputan radioaktif dalam penjana termoelektrik radioisotop dan bateri atomik.

Bahan api nuklear mempunyai ketumpatan tenaga paling tinggi antara semua sumber tenaga praktikal.

Bahan Api Oksida

Untuk reaktor pembelahan, bahan api(biasanya berasaskan uranium) dibuat menggunakan logam oksida; logam oksida digunakan berbanding logam asli tersebut kerana takat lebur logam oksida lebih tinggi dari logam asli dan logam oksida tidak boleh terbakar, kerana berada dalam keadaan teroksida.

Pengaliran haba logam zirkonium dan uranium dioksida sebagai fungsi suhu

Uranium dioksida

Uranium dioksida ialah pepejal hitam yang bersifat semikonduktor. Ia dapat dihasilkan dengan memanaskan Uranil nitrat untuk membentuk UO₃

${\ce {UO2(NO3)2.6H2O-> UO3 + NO2 + 1/2O2 + 6H2O(g)}}$

Ini kemudian diubah dengan memanaskan bersama hidrogen untuk membentuk UO₂. Ia juga dapat dihasilkan dari uranium heksaflorida diperkaya melalui tindakbalas dengan ammonia untuk membentuk pepejal bernama "ammonium diuranat", ${\ce {(NH4)2U2O7.}}$ Bahan ini dipanaskan (dikalsin) untuk membentuk UO₃ dan U₃O₈ yang kemudiannya diubah melalui pemanasan dengan hidrogen atau ammonia untuk membentuk UO₂.

UO₂ dicampurkan dengan perekat(binder) organik dan ditekan menjadi pelet, pelet ini dibakar pada suhu yang lebih tinggi (dalam H₂/Ar) untuk "mencair-mampatkan" pepejal. Tujuannya adalah untuk membentuk pepejal yang mempunyai sedikit rongga.

Kepengaliran haba uranium dioksida sangat rendah apabila dibandingkan dengan zirkonium, dan akan menurun apabila apabila suhu meningkat.

Pengakisan uranium dioksida dalam air dikawal oleh proses elektrokimia yang serupa dengan pengakisan bergalvani permukaan logam.

Oksida Campuran (MOx)

Oksida Campuran atau bahan api MOx, ialah campuran plutonium serta uranium semulajadi atau terpakai yang mempunyai sifat yang hampir sama (tetapi tidak serupa) dengan uranium diperkaya yang biasanya digunakan oleh reaktor nuklear. Bahan api MOx ialah alternatif kepada bahan api uranium diperkaya rendah (LEU) yang diguanakan dalam reaktor air ringan yang merupakan majoriti cara penjanaan Tenaga nuklear.

Terdapat kebimbangan yang teras MOx akan menghasilkan cabaran pelupusan yang baharu, walaupun MOx sendiri digunakan sebagai cara untuk melupus plutonium berlebihan dari transmutasi nuklear.

Pemprosesan semula Bahan api nuklear komersial untuk menghasilkan bahan api MOx telah dilakukan di Loji MOx Sellafield (England). Pada 2015, bahan api MOx dihasilkan di Perancis (Tapak Nuklear Marcoule), dan dalam kuantiti sedikit di Rusia, Jepun dan India. China bercadang untuk membina fast breeder reactor (see CEFR) dan pemprosesan semula.