Ydinvoima
Ydinpolttoainekierto

Ydinvoimalaitokset käyttävät tavallisesti polttoaineenaan uraanioksidia, jossa on 3–5 prosenttia fissiiliä uraani-235:ttä. Polttoaineena voidaan käyttää myös plutonium-239:ää, jota syntyy ydinreaktorin toimiessa ja joka voidaan kierrättää uudeksi polttoaineeksi. Ydinpolttoaineen energiatiheys on erittäin suuri, koska ydinvoimaloiden energiantuotanto perustuu fissioreaktioon eikä hapettamiseen, kuten polttolaitoksissa. Maailman kaikkien reaktoreiden vuodessa kuluttama uraani – noin 70 000 tonnia – mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 15 metriä pitkät.
Ydinpolttoaineen valmistus alkaa uraanikaivokselta. Tyypillinen tuhannen megawatin ydinvoimalaitos kuluttaa vuodessa polttoainetta noin kolmen kuutiometrin verran, minkä polttoaineen valmistusta varten kaivetaan noin 50 000 tonnia uraanimalmia. Vastaavan kokoinen hiilivoimala kuluttaa hiiltä yli kolme miljoonaa tonnia vuodessa, ja tavallisesti hiilikaivoksissa kutakin hiilitonnia kohti on täytynyt kaivaa yli kymmenen kertaa suurempi määrä kiveä. Näin ollen samansuuruisen energiamäärän tuottamiseen hiilellä tarvitaan kaikkiaan yli 500-kertainen määrä kaivostoimintaa.
Koska luonnonuraanista vain 0,7 prosenttia on uraanin fissiiliä isotooppia U-235, täytyy luonnonuraani väkevöidä kevytvesireaktoreissa tarvittavaan suurempaan pitoisuuteen erillisissä väkevöintilaitoksissa. Polttoaineen valmistuksessa uraanioksidi puristetaan ja sintrataan keraamisiksi, tavallisesti sylinterinmuotoisiksi napeiksi, joiden pituus ja halkaisija ovat noin 1 cm. Napit ovat kovia, kiinteitä ja materiaali vaikeasti liukenevaa. Kukin nappi riittää noin 10 000 kilowattitunnin sähkön tuottamiseenlähde?. Uraaninapit pinotaan sauvoiksi ohutseinämäisten zirkoniumputkien sisälle. Putket hitsataan päistään umpinaisiksi ja kootaan nipuiksi. Nämä niput laitetaan reaktoriin, jossa vesi kulkee sauvojen välissä ja lämpenee ydinreaktioiden tapahtuessa nippujen sisällä. Ydinpolttoainetta valmistetaan kaupallisessa mittakaavassa Argentiinassa, Belgiassa, Brasiliassa, Kanadassa, Kiinassa, Ranskassa, Saksassa, Intiassa, Japanissa, Kazakhstanissa, Etelä-Koreassa, Pakistanissa, Romaniassa, Venäjällä, Espanjassa, Ruotsissa, Englannissa ja Yhdysvalloissa.
Ydinpolttoaineen olomuoto ei muutu käytön aikana, vaan käytetty polttoaine pysyy kokonaisuudessaan reaktorissa polttoaineen vaihtojen välillä. Käyttämätön ydinpolttoaine ei säteile merkittävästi, eikä sen lyhytaikainen käsittely vaadi erityisiä suojatoimia. Käytetty ydinpolttoaine sen sijaan säteilee voimakkaasti ja aiheuttaa vaaran lähellä oleskeleville, jos säteilysuojelusta ei huolehdita. Käytettyä polttoainetta säilytetään ja käsitellään vesialtaassa, joka vaimentaa säteilyn miltei täysin. Polttoainenippuja on säilytettävä vesialtaissa useita vuosia, ennen kuin ne voidaan siirtää muualle jatkokäsittelyyn. Käytetty ydinpolttoaine on mahdollista kierrättää 95-prosenttisesti jälleenkäsittelyn avulla, jolloin vain noin 5 prosenttia polttoaineesta jää jätteeksi. Suomalaisten ydinvoimaloiden polttoainetta ei kuitenkaan jälleenkäsitellä, koska ydinenergialaki kieltää käytetyn ydinpolttoaineen maastaviennin ja maahantuonnin. Jos jälleenkäsittelyä ei tehdä, käytetty ydinpolttoaine on ydinjätettä.
Käytetyn ja käyttämättömän ydinpolttoaineen kuljetuksia on käsitelty artikkelissa ydinpolttoainekierto.