核燃料的制造过程：从铀矿石到核燃料颗粒

核能有两种形式：聚变和裂变。两者都释放能量，各有利弊，但到目前为止，我们只弄清楚了核裂变。所以当我说核燃料时，我指的是核裂变燃料。核燃料通常被称为“高浓缩铀”，但要达到这一点需要付出很多努力。1941年，恩里科·费米用少量铀235创造了第一个可控核链式反应，从那时起，我们在提取铀并从中制造可用燃料方面变得更好。

然后矿石和水的浆液用硫酸浸出，这些过程使铀原子与硫和氧结合形成氧化铀液体。为了得到我们从电影中认出的黄色粉末，铀是用氨从溶液中提取出来的。这种“黄饼”铀被放入桶中并运走以进行更多纯化。在这一点上，铀还没有超强的放射性，如果你站在距离一个装满铀黄饼的桶一米的地方，你受到的辐射不会比飞机上的乘客更多。

这种铀仍然需要进行浓缩，然后才能用于发电。那个黄饼铀是99.3%的铀238，只有0.7%的铀235。为了制造燃料，科学家们需要更多铀23同位素，接下来就是核离心机的用武之地。事情从这里开始，它变得更加危险，更具放射性，因此工程必须非常精确，否则人可能会死亡。

首先，他们取出黄饼铀，并通过与氟发生反应将其转化为气体——产生的**气体甚至比黄饼铀更纯净，可以放入离心机中。离心机是一个巨大的旋转容器，旨在使用物理学来分离材料。在旋转过程中，离心力会导致较重的粒子尽可能远离中心收集，较轻的粒子更靠近内部。在这种情况下，较重的铀238同位素被向外抛出，使较轻的铀235更靠近中间。因为质量只有1%的差异，所以它必须在离心机中一次又一次地旋转。最终，离心机中间的气体变得越来越浓缩。

一旦燃料含有5%的铀235（也就是95%的铀238），它就适用于一些核反应堆。但这远不足以制造核武器，它可能需要高达90%的 铀235。一旦达到您想要运行的核发电厂类型所需的浓缩度，就必须通过添加钙将浓缩的**变成固体。钙和氟化物发生反应形成盐，只留下氧化铀，将其加热到1400摄氏度并挤压成陶瓷颗粒。这些铀颗粒被放入棒中，然后可以将成百上千的这些棒以各种配置放置在核电站内。