一種可控自持核裂變鏈式反應產生熱能的裝置。裂變反應堆利用可裂變的重元素(如鈾-235、鈾-233和钚-239)，在中子的作用下，形成可控的自持核裂變鏈式反應，釋放能量。典型的反應方程式如下:

[323-01]

世界頂級裂變反應堆建于1942年12月。

2號在芝加哥大學達到了臨界點。這是一個以天然鈾為燃料、石墨為慢化劑的實驗性反應堆。原型生產反應堆于1943年11月建成并投入運行。1954年6月27日，蘇聯建成世界核電站，采用天然鈾石墨慢化壓力管水冷反應堆，電功率5000千瓦。1961年7月，美國建成了世界頂級的商用壓水堆核電站，電功率28.5萬千瓦(初始設計值)。到20世紀80年代，裂變反應堆已經成為世界上一種重要的替代能源。

核反應堆可分為:用于船舶推進、發電和供熱的動力堆，用于生產裂變材料钚或氚的生產堆，以及用于材料和燃料輻照試驗的實驗堆。按結構可分為均相反應堆、半均相反應堆、非均相反應堆、固體燃料反應堆、液體燃料反應堆、游泳池反應堆、殼式加壓反應堆、壓力管式加壓反應堆等。按中心能譜可分為熱中子堆、快中子堆、中能中子堆和譜移堆。按冷卻劑可分為:輕水堆、重水堆、壓水(重水)堆、沸水(重水)堆、氣冷堆、液態金屬冷卻堆等。按慢化劑可分為:輕水反應堆、重水反應堆、 石墨反應器等。根據燃料增殖情況，可分為增殖堆和非增殖堆。壓水堆廣泛應用于核電站。

裂變反應堆系統一般由反應堆內的核燃料元件、控制棒及其驅動機構、慢化劑、冷卻劑和結構部件組成，裝有它的反應堆容器稱為反應堆(見圖【反應堆示意圖】)。一般來說，反應堆實際上是指反應堆系統或反應堆裝置。反應器系統還包括主冷卻回路管道、主冷卻泵(或鼓風機)、蒸發器(或熱交換器)和用于進一步冷卻或利用熱能的次級回路。

原子核燃料

在反應堆中與中子反應產生核裂變并釋放中子和熱量的材料。什么作為燃料被“燃燒”

三種可裂變核素鈾233、鈾235和钚239中的一種或混合物。直到20世紀80年代，廣泛使用的核燃料是鈾。天然鈾只含有0.71%的鈾-235。需要通過擴散、離心和激光從天然鈾中分離鈾-235和鈾-238，以提供鈾-235比例高于天然鈾的濃縮鈾燃料。另外兩種可裂變核素是在反應堆中人工產生的。核燃料的應用形式包括作為固體燃料的純金屬、合金、化合物(特別是氧化鈉和碳化物)和作為液體燃料的水溶液、液態金屬溶液和懸浮固體。對于固體燃料，為了包容裂變產物，防止核燃料的氧化和腐蝕，采用金屬或石墨包殼來包覆燃料。這種燃料被稱為核心。一組涂有合金的燃料元件(棒狀、片狀和環狀) 可以組裝成一個組件，元素之間的定位部分稱為定位框。目前壓水堆、沸水堆、重水堆都使用這種燃料組件。涂有石墨的核燃料顆粒與石墨混合，壓制成球形或棱柱形燃料元件，可用于高溫氣冷堆。鋯和金屬鈾的合金被氫化形成鈾-鋯氫化物元件，它可以用作特殊試驗反應堆(TRCA，實際上是半均質反應堆)的燃料元件，并被不銹鋼管覆蓋。

調解人

核燃料裂變反應釋放的中子是快中子，但在熱中子或中間中子反應堆中，要用慢化中子來維持鏈式反應。減速劑是用于降低快速中子能量并使其減速為中子或中間中子的物質。選擇主持人時，需要考慮許多不同的要求。首先是核特性:良好的慢化性能和盡可能低的中子俘獲截面；其次是價格、機械特性和輻射敏感度。有時候慢化劑也起到冷卻劑的作用，即使不是，在設計上也是緊密相關的。廣泛使用的固體慢化劑是石墨，它具有良好的減速性能和可加工性， 中子俘獲截面小，價格低。石墨是迄今為止可以使用天然鈾作為燃料的兩種慢化劑之一。另一種是重水。其他類型的慢化劑必須使用濃縮核燃料。從核的特性來說，重水是比較好的慢化劑，而且因為是液體，也可以作為冷卻劑。主要缺點是價格昂貴，系統設計需要嚴格的密封要求。輕水是一種廣泛使用的緩和劑。雖然它的緩和性能不如重水，但價格便宜。重水和輕水有一個共同的缺點，就是發生輻射分解，氫和氧積累再復合。

控制棒

它在反應堆中起著補償和調節中子反應性和緊急停堆的作用?？刂瓢粲蔁嶂凶游战孛娲?、散射截面小的材料制成。好的控制棒材料(如鉿、鏑等。)吸收中子后仍產生熱中子吸收截面大的新同位素，所以使用壽命很長。核電站常用的控制棒材料有硼鋼、銀銦鎘合金等。其中，含硼材料因資源豐富、價格低廉而得到廣泛應用，但易發生輻射脆化和尺寸變化(膨脹)。銀銦鎘合金由于熱中子吸收截面大，是輕水堆的主要控制材料。

壓水堆由棒束控制，控制材料制成棒。每個棒束由24根控制棒組成，均勻分布在17×17個燃料組件中。核電站通過特殊的驅動機構調節控制棒插入燃料組件的深度，控制反應堆的反應性，在緊急情況下利用控制棒停堆(此時控制棒材料吸收大量熱中子，使自持鏈式反應無法維持和中止)。

冷凍劑

在主循環泵的驅動下，在一次回路中循環，從堆芯帶走熱量，傳遞給二次回路中的工質，使蒸汽發生器產生高溫高壓蒸汽，帶動汽輪發電機發電。冷卻劑是一種同時在堆芯和堆外工作的反應堆部件，這就要求冷卻劑在高溫、高中子通量場中必須是穩定的。此外，大多數合適的流體及其雜質在中子照射下會具有放射性，因此冷卻劑應覆蓋抗輻射材料，并用具有良好輻射阻擋能力的材料屏蔽。

理想的冷卻劑應具有優良的慢化劑堆芯特性、大的傳熱系數和熱容量、抗氧化性和無高放射性。液態鈉(主要用于快中子反應堆)和鈉鉀合金(主要用于空間動力反應堆)熱容量大，傳熱性能好。輕水在價格、處理、抗氧化、活化等方面有優勢，但熱特性不好。重水是很好的冷卻劑和緩和劑，但價格昂貴。氣態冷卻劑(如二氧化碳和氦氣)有許多優點，但它們需要比液態冷卻劑更高的循環泵功率和更高的系統密封性。有機冷卻劑的突出優點是它在反應堆中的低活化活性，這是因為所有有機冷卻劑的中子俘獲截面都很低， 并且主要缺點是它的高輻射分解率。輕水在壓水堆核電站中廣泛用作冷卻劑和慢化劑。

街區

為了防護中子、伽馬射線和熱輻射，必須在反應堆和大多數輔助設備周圍設置屏蔽層。它的設計要力求便宜，節省空間。

對于γ射線屏蔽，通常選用鋼、鉛、普通混凝土和重混凝土。鋼的強度，但價格較高；鉛的優點是密度高，所以鉛屏蔽厚度??；混凝土比金屬便宜，但密度小，所以屏蔽層比其他的厚。

反應堆發出的伽馬射線強度大，被屏蔽體吸收后會產生熱量，所以在靠近反應堆的伽馬射線屏蔽層中一直有冷卻水管。在一些反應堆中，在堆芯和壓力殼之間安裝熱屏蔽，以減少中子對壓力殼的輻照損傷和射線對壓力殼的加熱。

中子屏蔽需要具有大中子俘獲截面元素的材料，通常含有硼，有時含有濃縮的硼-10。有些屏蔽材料俘獲中子后會放出伽馬射線，所以在中子屏蔽外面應該有伽馬射線屏蔽。通常在設計外屏蔽時，要將輻射降低到人類允許的劑量水平以下，也就是通常所說的生物屏蔽。核電站反應堆的外屏蔽一般采用普通混凝土或重混凝土。

核裂變和核聚變！`