核能是一種重要的能源，已經存在了幾十年。 它被認為是一種可持續和低碳的選擇，使其成為應對氣候變遷的重要工具。 秘訣是核電鈾是一種天然存在的元素，用於核電廠燃料，但它也是許多核武中使用的材料。 但普通礦石如何從地下轉化為產生大量能源呢？
是什麼讓鈾如此強大？
鈾在各個領域都擁有引人入勝的歷史和巨大的意義。 1789年由德國化學家發現馬丁·克拉普羅斯, 鈾以行星命名天王星，幾年前才被發現。
這種緻密的銀白色金屬以其放射性特性和在地殼中的豐富存在而聞名。 它被認為是在大約 66 億年前的超新星中形成的，其緩慢的放射性衰變是地球內的主要熱源，引起對流甚至大陸漂移。
與其他元素一樣，鈾以幾種略有不同的形式存在，稱為同位素，透過其原子核中的中子數量來識別。 天然鈾礦石由兩種這樣的同位素組成：鈾238 (U-238) 和鈾235 (U-235)。 後一種同位素 U-235 對核電最為重要，但它僅佔天然鈾的 0.7% 左右，而 U-238 則佔 99.3% 左右。
U-235之所以如此重要，是因為它是一種裂變材料，這意味著它可以維持核鍊式反應。 這是透過「分裂原子」來實現的，這個過程被稱為「裂變”，其中原子核受到中子轟擊，導致其分裂成兩個或更多較小的原子核。 這種分裂釋放出大量能量，並以熱的形式出現。 當 U-235 發生裂變時，分裂的原子核釋放出更多的中子，導致越來越多的裂變反應（鍊式反應），產生更多的能量。
正是這種能量支撐著核反應堆，其中的熱量被用來產生蒸汽來驅動渦輪機和發電機，從而產生電力。 然而，正是這種反應導致核武爆炸。 但是，儘管能源生產和爆炸之間的原理相同，但結果卻截然不同。
在核反應器中，鈾燃料棒與其他被稱為「核毒物」的棒組裝在堆芯中，這些棒吸收中子，以受控方式限制裂變反應。 這些控制棒可以插入和取出，以將反應器設定到所需的功率等級。 由於燃料的製備方式，如果反應器發生關鍵事件，堆芯可能會過熱並熔化，但它不會霹靂。
鈾是如何製造核能的？
鈾必須經過一系列的工業過程才能作為燃料裝載。 然後，一旦燃料耗盡，就會採取進一步的措施進行處置或回收燃料。 所有這些階段統稱為核燃料循環。
核燃料循環開始於鈾礦開採研磨，從地殼中提取鈾礦石並加工以獲得鈾精礦，也稱為黃餅。 然後將這種黃餅轉化為適合濃縮的形式。
如上所述，鈾礦石中 U-235 的含量極低，因此採用濃縮技術來提高這種重要同位素的濃度。 這是透過各種技術實現的，但通常是透過使用離心機根據 U-235 和 U-238 的品質差異將其分離。
一旦累積了足夠的 U-235，濃縮材料就會進行燃料製造，將其成型為顆粒並封裝在金屬中，成為燃料棒。 然後將這些棒組裝成燃料組件以供反應器使用。 這說明了核燃料循環的前端。
當燃料耗盡並且不再維持核鍊式反應後，就需要以特定的方式進行管理。 乏燃料組件被小心地從堆芯中取出並存放起來。 最終，乏燃料將進行後處理，提取任何可用的材料以供進一步使用。 此步驟的目的是回收有價值的材料，例如任何剩餘的 U-235，以及新創建的材料鈽，可以在反應器中作為燃料重複使用。
再處理通常涉及幾個步驟，包括溶解、分離、純化以及將回收的材料製造成新的燃料組件。 這個過程可以實現核燃料的回收和更有效的利用，減少浪費並最大限度地發揮核資源的能源潛力。 然而，後處理也帶來了成本方面的挑戰，擴散風險和廢棄物管理，這需要仔細考慮和嚴格的監管措施。
由於核燃料可用於核武器，因此只有屬於核武國家的國家才能使用核燃料。核不擴散條約(NPT) 允許進口鈾或鈽。 該條約有助於保障核燃料和核子技術的和平利用，並防止大規模殺傷性武器的擴散。
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