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Der Kernbrennstoffkreislauf besteht aus einer Kette von wiederholten Arbeitsvorgängen von der Urangewinnung bis zur Endlagerung (Konditionierung) radioaktiver Abfälle. Rosatom unterstehen Unternehmen, die auf allen Stufen der Technologiekette agieren. Das Front-End des Brennstoffkreislaufs bildet der Erzbergbau, also Bergwerke, in denen Uranerz abgebaut wird. Das abgebaute Uranerz enthält Erzminerale und Abfälle aus dem Bergbau und wird daher zerkleinert, reduziert und ausgelaugt, um Urankonzentrat zu gewinnen. Die nächste Stufe des Kernbrennstoffkreislaufs ist die abschließende Reinigung und Veredelung der Uranverbindungen, bei der unerwünschte Begleitstoffe entfernt werden. Das auf diese Weise gewonnene natürliche Urankonzentrat (sogenannter „Yellowcake“) aus dem Uranbergbau wird anschließend in Konversions- und Anreicherungsanlagen weiterverarbeitet. Bei der Konversion handelt es sich um einen Schritt, bei dem Yellowcake in gasförmiges Uranhexafluorid überführt wird. Darauf folgt die Anreicherung – die Trennung der Isotope Uran-235 und Uran-238. Aus dem angereicherten Uranhexafluorid wird in bestimmten Herstellungsanlagen Urandioxid-Pulver produziert. Dabei dient das UO2-Pulver als Eingangsstoff für die Herstellung von Brennstofftabletten, die dann mit Zirkalloy als wichtigstem Konstruktionswerkstoff zu Brennelementen zusammengefügt werden. Die Brennelemente können dann je nach vorgesehenem Abbrand mehrere Jahre lang in Reaktoren verwendet werden. Danach werden sie aus dem Reaktor entnommen, in speziellen Abklingbecken abgekühlt und endgelagert oder wiederaufbereitet.
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