(splijtingscyclus), gehele reeks bewerkingen die de splijtstof voor gebruik in kerncentrales ondergaat. De splijtstofcyclus omvat het opsporen en winnen van uraan, de verrijking van het uraan, het geschikt maken voor gebruik in een centrale en het behandelen van de gebruikte splijtstof.
Uraan, dat in zuivere vorm een zacht zilverkleurig metaal is, komt op vrij veel plaatsen op aarde voor. Belangrijke uraanvoorraden worden gevonden in Australië, de vs, Canada, Zuid-Afrika, Zweden en Brazilië. Uraan wordt gewonnen als erts dat ongeveer 0,2 % uraan bevat. De winning geschiedt in dagbouw of in ondergrondse mijnen tot een diepte van een paar honderd meter. Door oplossing van het erts in b.v. fosforzuur kan het uraan worden vrijgemaakt, dat vervolgens uit de oplossing wordt neergeslagen. Verkalking en verpulvering van het neerslag leveren de zgn. yellow cake (U3Og).
Het U3Og wordt eerst gezuiverd en wordt dan door fluorwaterstofzuur omgezet in uraanfluoride (UF4). Dit gaat met behulp van fluor over in het gasvormige uraanhexafluoride (UF6).
Het in de natuur voorkomend uraan levert slechts voor 0,7 % splijtbaar uraan-235 en voor het overige vrijwel alleen uraan-238, dat niet splijtbaar is. Om het uraan geschikt te maken voor de centrale zal het uraan verrijkt moeten worden, d.w.z. het percentage uraan-235 moet verhoogd (verrijkt) worden tot ca. 3. Op industriële schaal zijn hiervoor twee processen beschikbaar, het gasdiffusieproces en het ultracentrifugeproces.
Het gasdiffusieproces is het oudst en is in de vs ontwikkeld, gebaseerd op de ervaringen met de uraanverrijking in de oorlogsjaren ten behoeve van een kernwapen. Overigens was al veel voorbereidend werk verricht door de Engelsen. In de vs zijn tussen 1945—56 drie gasdiffusiefabrieken gebouwd. Bij het gasdiffusieproces wordt het gas UF6 door een groot aantal membranen geperst. Na elk membraan is het gas 0,2 % rijker aan uraan-235. Ongeveer 90 % van al het verrijkt uraan wordt door drie grote gasdiffusiefabrieken in de wereld geleverd: United States Department of Energy, Eurodif in Frankrijk en Technabsport in de USSR.
Bij het ultracentrifugeproces wordt het gas UF6 zeer snel rondgedraaid. Het UF6 met het uraan-238 is iets zwaarder en zal daarom meer tegen de wand gedrukt worden. Het gas in het midden van de ultracentrifuge is dus rijker aan uraan-235. Dit bevat ca. 4 % uraan-235. Door nu een groot aantal ultracentrifuges in serie te schakelen en het gas uit het midden van de een naar de ander te leiden, kan men de gewenste verrijking verkrijgen. Bij het ultracentrifugeproces is per stap de verrijkingsgraad ongeveer een factor 20 hoger dan bij het gasdiffusieproces. De energiekosten van het ultracentrifugeproces zijn dan ook veel lager.
In Nederland staat in Almelo sinds 1969 een fabriek waar volgens het ultracentrifugeproces gewerkt wordt. Deze fabriek is van Ultra Centrifuge Nederland (UCN). UCN neemt deel aan de internationale verkooporganisatie Urenco, samen met het Britse BNFL dat een fabriek bij Capenhurst heeft en het Duitse Uranit dat bij Gronau een fabriek bouwt.
Na verrijking wordt het UF6-gas via een nat-chemisch proces omgezet in uraandioxide (U02). De mechanische bewerking van het U02 en het vervaardigen van de splijtstofelementen geschieden in een andere fabriek. Van het U02 maakt men pellets met een hoogte van 1,5 cm en een diameter van 0,5 cm. De pellets worden in staven van zircaloy (een zirkoniumlegering) gestapeld en ingesloten en deze worden weer in groepen tot brandstofelementen gebundeld.
In de kerncentrale (b.v. de thermische centrale) zal een neutron het U-235 doen splitsen. De vrijkomende neutronen zullen weer nieuwe splijtingsprodukten leveren. Een enkel snel neutron zal een kern uraan-238 treffen en plutonium vormen dat ook weer verspieten wordt. Tegen de tijd dat de brandstofelementen vernieuwd moeten worden, is de hoeveelheid plutonium opgelopen tot 54 %.
De laatste fase in de splijtstofcyclus is het behandelen van het uitgewerkte materiaal. De brandstof bevat nog potentieel voor 95 % aan splijtingsenergie; de verrijkingsgraad is gedaald tot 0,85 %. Bij de opwerking worden d.m.v. een chemisch proces het uraan en het plutonium van de andere stoffen (afval) gescheiden. Het uraan gebruikt men weer opnieuw en het plutonium kan te zijner tijd in kweekreactoren ingezet worden. Het hoogactief afval kan een aantal jaren in vloeistoftanks bewaard worden, waarna het onder verhitting verglaasd wordt. Gedurende enige tientallen jaren wordt dit glas opgeslagen waarbij de warmteproduktie geleidelijk daalt. Daarna moet het definitief opgeslagen worden.
Juist in de laatste fase van de splijtstofcyclus ontstaan de milieuproblemen. Het afval, het zgn. kernsplijtingsafval of KSA, moet nl. eigenlijk zodanig worden opgeslagen dat het nooit meer in de biosfeer terecht kan komen. Tot nu toe is hiervoor nog geen goede oplossing gevonden.
