Bahan bakar nuklir terdiri dari bahan fisil, yang menghasilkan kenaikan neutron ketika

menyerap neutron, dan bahan fertil, yang menghasilkan bahan fisil ketika menyerap

neutron. Bahan fisil utama adalah U235, Pu239 dan U233; Pu241 juga merupkan radioisotop yang

penting. Bahan-bahan fertil utama adalah U238 dan Th232; Pu240 dan U234 juga merupakan

bahan fertil.

U235 adalah bahan fisil yang terdapat di alam dalam jumlah yang signifikan. Uranium alam

terdiri dari 0,71% U235, 99,283% U238, dan 0,0055% U234 yang diabaikan. Sampai saat ini,

sebagian besar reaktor daya telah menggunakan uranium alam yang sedikit diperkaya

diperkaya sehingga menghasilka uranium yang mengandung dari 2 sampai 5% U235, yang

dihasilkan dari uranium alam di sebuah pabrik difusi gas.

Reaksi nuklir utama yang terjadi ketika campuran dari U235 dan U238 digunakan sebagai

bahan bakar dalam reaktor diilustrasikan pada Gambar. 4. Bahan fisil yang memiliki dua

garis bawah, dan penampang lintang fisi untuk 2200 m / s neutron yang ditunjukkan dengan

anak panah ke atas-miring. Bahan fertil yang digarisbawahi sekali, dan memiliki penampang

lintang penangkapan sampai 2200 m / s neutron ditunjukkan dengan panah horisontal.

Reaksi peluruhan beta dengan waktu paro cukup pendek ditunjukkan oleh panah vertikal.

Ketika U235 fisil menyerap neutron, reaksi utama adalah fisi, tetapi beberapa penangkapan

neutron

berlangsung untuk menghasilkan U236 non fisil. U236 ini hanyalah racun, yang dapat

menyerap

neutron lain U237 yang berwaktu paro pendek, yang meluruh menjadi Np237 non fisil.

Neutron yang dihasilkan dari U 235 fisi diserap dalam U238 untuk menghasilkan U239 berumur

paro pendek, yang meluruh berturut-turut menjadi Np239 dan Pu239 fisil. Pada kebanyakan

daur siklus bahan bakar , dapat diasumsikan bahwa penyerapan neutron oleh U238

menghasilkan Pu239 dengan cepat.

Ketika Pu239 menyerap neutron, reaksi yang mungkin terjadi adalah fisi, tetapi beberapa atom

menangkap neutron untuk menghasilkan Pu240 yang bersifat fertil. Pada reaksi selanjutnya

terjadi penangkapan neutron lain untuk menghasilkan Pu241 fisil. Ketika Pu241 menyerap

neutron, dapat terjadi reaksi fisi atau terbentuk Pu242. Pu241 juga meluruh dengan waktu paruh

13,2 tahun membentuk Am241. Pu242 bukanlah fisil atau fertil, tapi merupakan racun seperti

U236. Ketika menyerap neutron terbentuk Pu243 yang meluruh dengan waktu paro 5 jam.