Kernbrandstof bestaat voornamelijk uit splijtbaar materiaal, zoals uranium-235 of plutonium-239, dat in kernreactoren kan worden gebruikt om energie op te wekken via gecontroleerde nucleaire kettingreacties. Het splijtbare materiaal heeft gewoonlijk de vorm van kleine pellets of staven, die op elkaar worden gestapeld om brandstofsamenstellen te vormen.

Normaal gesproken bestaat splijtstof uit de volgende componenten:

1. Splijtbare stoffen: Het belangrijkste ingrediënt van kernbrandstof is het splijtbare materiaal. Dit is het materiaal dat kernsplijting ondergaat, waarbij grote hoeveelheden energie vrijkomen. Het meest voorkomende splijtbare materiaal dat in commerciële kernreactoren wordt gebruikt, is uranium-235 (U-235). Andere splijtstoffen, zoals plutonium-239 (Pu-239), kunnen ook worden gebruikt.

2. Vruchtbaar materiaal: Kernbrandstof bevat vaak een vruchtbaar materiaal dat door neutronenvangst en daaropvolgende radioactief verval in splijtbaar materiaal kan worden omgezet. Het meest voorkomende vruchtbare materiaal dat in kernreactoren wordt gebruikt, is uranium-238 (U-238). U-238 is op zichzelf niet splijtbaar, maar wanneer het een neutron vangt, wordt het omgezet in splijtbaar plutonium-239.

3. Bekleding: De splijtbare en vruchtbare materialen zijn ingekapseld in een beschermende laag die bekleding wordt genoemd. Deze bekleding dient verschillende doeleinden:

- Het voorkomt dat de radioactieve materialen in het reactorkoelmiddel terechtkomen.

- Hierdoor kan de brandstof veilig worden gehanteerd en getransporteerd.

- Het helpt de brandstofstructuur en integriteit te behouden onder de extreme omstandigheden in een kernreactor.

Het bekledingsmateriaal is doorgaans een corrosiebestendig metaal, zoals een zirkoniumlegering.

4. Neutronenmoderator: In sommige reactorontwerpen wordt een neutronenmoderator gebruikt om de neutronen die tijdens kernsplijting worden geproduceerd, te vertragen. Dit is belangrijk omdat de kans groter is dat langzamere neutronen door vruchtbaar materiaal worden opgevangen, waardoor de productie van splijtbaar materiaal toeneemt en de brandstofefficiëntie van de reactor wordt verbeterd. Veel voorkomende neutronenmoderators zijn onder meer gewoon water, zwaar water en grafiet.

5. Neutronenabsorber: Kernbrandstof kan ook neutronenabsorbeerders bevatten, dit zijn materialen die gemakkelijk neutronen vangen en de snelheid van nucleaire kettingreacties helpen beheersen. Neutronenabsorbeerders zijn doorgaans gemaakt van materialen zoals cadmium, boor en hafnium.

De samenstelling en het ontwerp van splijtstof kunnen variëren afhankelijk van het specifieke type kernreactor en de gewenste prestatiekenmerken.