핵연료는 중성자와 반응하여 핵분열을 일으킴으로써 에너지를 생산하는 역할을 한다. 경수로의 핵연료로 저농축우라늄(3~5 w/o 235U)을 사용하고 있으며, 원자로의 특성에 따라 천연우라늄, 플루토늄, 우라늄과 플루토늄의 혼합물 등을 사용하기도 한다. 핵연료의 기계·구조적 모형도 원자로에 따라 다르다. 핵연료는 핵분열로 생성된 방사성물질을 함유하고 고온 고압 등의 원자로 운전환경에서 장시간 체류하게 되므로 구조적 건전성 유지는 안전의 핵심요소이다.
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