Jabarkan Sumber bahan bakar dari Reaktor pembiak

Reaktor pembiak pada prinsipnya dapat mengekstraksi hampir semua energi yang terkandung dalam uranium atau thorium dalam bentuk isotop yang sesuai tentunya, mengurangi kebutuhan bahan bakar dengan faktor 100 dibandingkan dengan reaktor air ringan sekali lewat yang banyak digunakan, yang mengekstraksi kurang dari 1% energi dalam uranium ditambang dari bumi. Efisiensi bahan bakar reaktor pemulia yang tinggi dapat sangat mengurangi kekhawatiran tentang pasokan bahan bakar, energi yang digunakan dalam penambangan, dan penyimpanan limbah radioaktif.

Torium telah disarankan untuk digunakan dalam daya nuklir berbasis torium. Senyawa Thorium dioksida (thoria) dapat digunakan dalam reaktor nuklir sebagai pelet bahan bakar keramik, biasanya terkandung dalam batang bahan bakar nuklir yang dibalut dengan paduan zirkonium. Torium tidak bersifat fisil (tetapi "subur", membiakkan uranium-233 yang bersifat fisil di bawah pemboman neutron); karenanya, harus digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir bersama dengan isotop fisil uranium atau plutonium. Hal ini dapat dicapai dengan mencampur torium dengan uranium atau plutonium, atau menggunakannya dalam bentuk murni bersamaan dengan batang bahan bakar terpisah yang mengandung uranium atau plutonium. Torium dioksida menawarkan keunggulan dibandingkan pelet bahan bakar uranium dioksida konvensional, karena konduktivitas termalnya yang lebih tinggi (suhu operasi lebih rendah), titik lebur yang jauh lebih tinggi, dan stabilitas kimiawi (tidak teroksidasi dengan adanya air/oksigen, tidak seperti uranium dioksida). Thorium dioksida dapat diubah menjadi bahan bakar nuklir dengan membiakkannya menjadi uranium-233. Stabilitas termal yang tinggi dari torium dioksida memungkinkan aplikasi dalam penyemprotan api dan keramik suhu tinggi.

Isotop Torium-232 bersifat tidak fisil; oleh karena itu tidak dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir. Namun, 232Th merupakan bahan subur; ia dapat menangkap neutron untuk membentuk 233Th yang tidak stabil. 233Th mengalami peluruhan beta dengan waktu paruh 21,8 menit menjadi 233Pa, yang kemudian mengalami peluruhan beta dengan waktu paruh 27 hari untuk membentuk 233U yang fisil.

Efisiensi bahan bakar dan jenis limbah nuklir

Limbah nuklir menjadi perhatian yang lebih besar pada tahun 1990-an. Secara luas, bahan bakar nuklir bekas memiliki tiga komponen utama. Yang pertama terdiri dari produk fisi, sisa fragmen atom bahan bakar setelah dipecah untuk melepaskan energi. Produk fisi terdiri dari lusinan elemen dan ratusan isotop, semuanya lebih ringan dari uranium. Komponen utama kedua dari bahan bakar bekas adalah transuranik (atom yang lebih berat dari uranium), yang dihasilkan dari uranium atau atom yang lebih berat dalam bahan bakar ketika mereka menyerap neutron tetapi tidak mengalami fisi. Semua isotop transuranik termasuk dalam deret aktinida pada tabel periodik, sehingga mereka sering disebut sebagai aktinida. Komponen terbesar adalah Uranium yang tersisa yaitu sekitar 98,25% Uranium-238, 1,1% Uranium-235 dan 0,65% Uranium-236. U-236 berasal dari reaksi penangkapan non-fisi di mana U-235 menyerap neutron tetapi hanya melepaskan sinar gamma berenergi tinggi alih-alih menjalani fisi. Daripada terbuang lebih baik dimanfaatkan.

Perilaku fisik produk fisi sangat berbeda dari Aktinida. Secara khusus, produk fisi tidak dengan sendirinya mengalami fisi, dan karena itu tidak dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir, baik untuk senjata nuklir maupun reaktor nuklir. Memang, karena produk fisi seringkali merupakan racun neutron (menyerap neutron yang dapat digunakan untuk mempertahankan reaksi berantai), produk fisi dipandang sebagai 'abu' nuklir yang tersisa dari konsumsi bahan fisil. Selain itu, hanya tujuh isotop produk fisi berumur panjang yang memiliki waktu paruh lebih dari seratus tahun, yang membuat penyimpanan atau pembuangan geologisnya tidak terlalu bermasalah dibandingkan dengan bahan transuranik.

Dengan meningkatnya kekhawatiran tentang limbah nuklir, pemuliaan siklus bahan bakar menjadi perhatian baru karena mereka dapat mengurangi limbah aktinida, khususnya plutonium dan aktinida minor. Reaktor pembiak dirancang untuk memfisikan limbah aktinida sebagai bahan bakar, dan dengan demikian mengubahnya menjadi lebih banyak produk fisi.