1. Gruvor
Uran bryts i gruvor, där några få länder dominerar. Cirka 90 procent av den uran som Europa använder kommer från fyra länder: Kanada, Ryssland, Kazakstan och Niger. I västvärlden finns några få gruvbolag som är specialiserade på uranbrytning. De största är kanadensiska Cameco och franska Orano.
Gruvdriften sker traditionellt i underjordsgruvor och dagbrott. Men den moderna skonsammare metoden direktlakning blir allt vanligare och står idag för 55 procent av den globala uranbrytningen.
2. Krossning och koncentrering
I nästa steg krossas, mals och koncentreras uranmalmen genom lakning till naturligt uran, ett fint pulver som trots namnet Yellow cake, U3O8, oftast är grått eller svart. Detta sker ofta i anslutning till gruvan.
3. Konvertering
I en särskild konverteringsanläggning omvandlas uranmalmskoncentratet (Yellow cake) till gasformad uranhexafluorid, UF6, som torkas till ett pulver, och är den kemikalie som kan användas vid anrikning.
Konverteringstjänster utförs inom EU av Orano, i Kanada av Cameco, i USA av ConverDyn och Ryssland av Rosatom. Samtliga används av energibolag inom EU. Sedan början av 2022 har priset på konvertering av uran stigit från 15–18 dollar/kilo till 60 dollar/kilo (juni 2024).
4. Anrikning
Uranhexafluorid, UF6, har samma isotopsammansättning som naturligt uran. För att få upp andelen U235 från 0,7 procent till de 3-5 procent som krävs för att uranet ska kunna användas till kärnbränsle måste det anrikas, vilket är en svår process. Anrikning sker kommersiellt genom gascentrifugering, där separeras U235-isotoper, som är något lättare än U238, ut. Av 5 kilo naturligt uran får man 1 kilo låganrikat uran, LEU.
Restprodukten kallas utarmat uran (tails), som innehåller cirka 0,2 procent U235. Slutprodukten efter dessa processer är anrikad gasformig uranhexafluorid, UF6, som återigen omvandlas till ett pulver.
5. Kärnbränsletillverkning
Vid bränsletillverkning utgår man från det låganrikade uranet i form av uranhexafluorid, UF6, som värms upp till gasform och bearbetas kemiskt för att bilda urandioxidpulver, UO2. Av detta pulver tillverkas slutligen själva kärnbränslet genom att det pressas till små cylindrar, kutsar, som sintras till keramisk form, slipas och staplas i långa bränslestavar av höghållfast zirkoniumlegering.
Bränslestavarna sätts därefter samman till bränsleelement färdiga att levereras till kärnkraftverken. Stavarna räcker i cirka tre år, och varje år byts en del av stavarna ut i en förutbestämd cykel.
Varje typ av reaktor använder sina särskilt anpassade bränsleblandningar och stavar, vilket gör att man oftast är hänvisad till den som byggt kärnkraftverket för att få sitt specifika kärnbränsle. I Sverige tillverkas bränsleelement på Westinghouse Electric Sweden.
Naturligt uran är en ganska vanlig metall. Metallen, som är den tyngsta som finns, innehåller cirka 99,3 procent U238 och endast 0,7 procent U235, som är den klyvbara uranisotop som används i kärnreaktorn. För att kärnreaktionen inte ska stanna av krävs en högre andel U235 än i naturligt uran. I civila kärnkraftverk för elproduktion används kärnbränsle LEU (Low Enriched Uranium) med 3–5 procent U235.
Källor: EIA, ESA, Strålsäkerhetsmyndigheten, Uniper, Westinghouse, Camecon, Energiföretagen, OECD – NEA, Red Book.
Carl Johan Liljegren
