Généralement, le combustible nucléaire se compose des composants suivants :
1. Matières fissiles : Le principal ingrédient du combustible nucléaire est la matière fissile. C'est le matériau qui subit une fission nucléaire, libérant de grandes quantités d'énergie. La matière fissile la plus couramment utilisée dans les réacteurs nucléaires commerciaux est l'uranium 235 (U-235). D'autres matières fissiles, comme le plutonium 239 (Pu-239), peuvent également être utilisées.
2. Matériel fertile : Le combustible nucléaire contient souvent une matière fertile, capable d'être transformée en matière fissile par capture de neutrons et désintégration radioactive ultérieure. La matière fertile la plus couramment utilisée dans les réacteurs nucléaires est l’uranium 238 (U-238). L'U-238 n'est pas fissile en soi, mais lorsqu'il capture un neutron, il est converti en plutonium-239 fissile.
3. Bardage : Les matières fissiles et fertiles sont encapsulées dans une couche protectrice appelée gaine. Ce revêtement répond à plusieurs objectifs :
- Il empêche les matières radioactives de s'échapper dans le liquide de refroidissement du réacteur.
- Il permet de manipuler et de transporter le carburant en toute sécurité.
- Il contribue à maintenir la structure et l'intégrité du combustible dans les conditions extrêmes présentes à l'intérieur d'un réacteur nucléaire.
Le matériau de revêtement est généralement un métal résistant à la corrosion, tel qu'un alliage de zirconium.
4. Modérateur de neutrons : Dans certaines conceptions de réacteurs, un modérateur de neutrons est utilisé pour ralentir les neutrons produits lors de la fission nucléaire. Ceci est important car les neutrons plus lents sont plus susceptibles d’être capturés par la matière fertile, ce qui augmente la production de matière fissile et améliore le rendement énergétique du réacteur. Les modérateurs de neutrons courants comprennent l'eau ordinaire, l'eau lourde et le graphite.
5. Absorbeur de neutrons : Le combustible nucléaire peut également contenir des absorbeurs de neutrons, qui sont des matériaux qui captent facilement les neutrons et aident à contrôler la vitesse des réactions nucléaires en chaîne. Les absorbeurs de neutrons sont généralement constitués de matériaux tels que le cadmium, le bore et le hafnium.
La composition et la conception du combustible nucléaire peuvent varier en fonction du type spécifique de réacteur nucléaire et des caractéristiques de performance souhaitées.
