一种可控自持核裂变链式反应产生热能的装置。裂变反应堆利用可裂变的重元素(如铀-235、铀-233和钚-239)，在中子的作用下，形成可控的自持核裂变链式反应，释放能量。典型的反应方程式如下:
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世界顶级裂变反应堆建于1942年12月。
2号在芝加哥大学达到了临界点。这是一个以天然铀为燃料、石墨为慢化剂的实验性反应堆。原型生产反应堆于1943年11月建成并投入运行。1954年6月27日，苏联建成世界核电站，采用天然铀石墨慢化压力管水冷反应堆，电功率5000千瓦。1961年7月，美国建成了世界顶级的商用压水堆核电站，电功率28.5万千瓦(初始设计值)。到20世纪80年代，裂变反应堆已经成为世界上一种重要的替代能源。
核反应堆可分为:用于船舶推进、发电和供热的动力堆，用于生产裂变材料钚或氚的生产堆，以及用于材料和燃料辐照试验的实验堆。按结构可分为均相反应堆、半均相反应堆、非均相反应堆、固体燃料反应堆、液体燃料反应堆、游泳池反应堆、壳式加压反应堆、压力管式加压反应堆等。按中心能谱可分为热中子堆、快中子堆、中能中子堆和谱移堆。按冷却剂可分为:轻水堆、重水堆、压水(重水)堆、沸水(重水)堆、气冷堆、液态金属冷却堆等。按慢化剂可分为:轻水反应堆、重水反应堆、 石墨反应器等。根据燃料增殖情况，可分为增殖堆和非增殖堆。压水堆广泛应用于核电站。
裂变反应堆系统一般由反应堆内的核燃料元件、控制棒及其驱动机构、慢化剂、冷却剂和结构部件组成，装有它的反应堆容器称为反应堆(见图【反应堆示意图】)。一般来说，反应堆实际上是指反应堆系统或反应堆装置。反应器系统还包括主冷却回路管道、主冷却泵(或鼓风机)、蒸发器(或热交换器)和用于进一步冷却或利用热能的次级回路。
原子核燃料
在反应堆中与中子反应产生核裂变并释放中子和热量的材料。什么作为燃料被“燃烧”
三种可裂变核素铀233、铀235和钚239中的一种或混合物。直到20世纪80年代，广泛使用的核燃料是铀。天然铀只含有0.71%的铀-235。需要通过扩散、离心和激光从天然铀中分离铀-235和铀-238，以提供铀-235比例高于天然铀的浓缩铀燃料。另外两种可裂变核素是在反应堆中人工产生的。核燃料的应用形式包括作为固体燃料的纯金属、合金、化合物(特别是氧化钠和碳化物)和作为液体燃料的水溶液、液态金属溶液和悬浮固体。对于固体燃料，为了包容裂变产物，防止核燃料的氧化和腐蚀，采用金属或石墨包壳来包覆燃料。这种燃料被称为核心。一组涂有合金的燃料元件(棒状、片状和环状) 可以组装成一个组件，元素之间的定位部分称为定位框。目前压水堆、沸水堆、重水堆都使用这种燃料组件。涂有石墨的核燃料颗粒与石墨混合，压制成球形或棱柱形燃料元件，可用于高温气冷堆。锆和金属铀的合金被氢化形成铀-锆氢化物元件，它可以用作特殊试验反应堆(TRCA，实际上是半均质反应堆)的燃料元件，并被不锈钢管覆盖。
调解人
核燃料裂变反应释放的中子是快中子，但在热中子或中间中子反应堆中，要用慢化中子来维持链式反应。减速剂是用于降低快速中子能量并使其减速为中子或中间中子的物质。选择主持人时，需要考虑许多不同的要求。首先是核特性:良好的慢化性能和尽可能低的中子俘获截面；其次是价格、机械特性和辐射敏感度。有时候慢化剂也起到冷却剂的作用，即使不是，在设计上也是紧密相关的。广泛使用的固体慢化剂是石墨，它具有良好的减速性能和可加工性， 中子俘获截面小，价格低。石墨是迄今为止可以使用天然铀作为燃料的两种慢化剂之一。另一种是重水。其他类型的慢化剂必须使用浓缩核燃料。从核的特性来说，重水是比较好的慢化剂，而且因为是液体，也可以作为冷却剂。主要缺点是价格昂贵，系统设计需要严格的密封要求。轻水是一种广泛使用的缓和剂。虽然它的缓和性能不如重水，但价格便宜。重水和轻水有一个共同的缺点，就是发生辐射分解，氢和氧积累再复合。
控制棒
它在反应堆中起着补偿和调节中子反应性和紧急停堆的作用。控制棒由热中子吸收截面大、散射截面小的材料制成。好的控制棒材料(如铪、镝等。)吸收中子后仍产生热中子吸收截面大的新同位素，所以使用寿命很长。核电站常用的控制棒材料有硼钢、银铟镉合金等。其中，含硼材料因资源丰富、价格低廉而得到广泛应用，但易发生辐射脆化和尺寸变化(膨胀)。银铟镉合金由于热中子吸收截面大，是轻水堆的主要控制材料。
压水堆由棒束控制，控制材料制成棒。每个棒束由24根控制棒组成，均匀分布在17×17个燃料组件中。核电站通过特殊的驱动机构调节控制棒插入燃料组件的深度，控制反应堆的反应性，在紧急情况下利用控制棒停堆(此时控制棒材料吸收大量热中子，使自持链式反应无法维持和中止)。
冷冻剂
在主循环泵的驱动下，在一次回路中循环，从堆芯带走热量，传递给二次回路中的工质，使蒸汽发生器产生高温高压蒸汽，带动汽轮发电机发电。冷却剂是一种同时在堆芯和堆外工作的反应堆部件，这就要求冷却剂在高温、高中子通量场中必须是稳定的。此外，大多数合适的流体及其杂质在中子照射下会具有放射性，因此冷却剂应覆盖抗辐射材料，并用具有良好辐射阻挡能力的材料屏蔽。
理想的冷却剂应具有优良的慢化剂堆芯特性、大的传热系数和热容量、抗氧化性和无高放射性。液态钠(主要用于快中子反应堆)和钠钾合金(主要用于空间动力反应堆)热容量大，传热性能好。轻水在价格、处理、抗氧化、活化等方面有优势，但热特性不好。重水是很好的冷却剂和缓和剂，但价格昂贵。气态冷却剂(如二氧化碳和氦气)有许多优点，但它们需要比液态冷却剂更高的循环泵功率和更高的系统密封性。有机冷却剂的突出优点是它在反应堆中的低活化活性，这是因为所有有机冷却剂的中子俘获截面都很低， 并且主要缺点是它的高辐射分解率。轻水在压水堆核电站中广泛用作冷却剂和慢化剂。
街区
为了防护中子、伽马射线和热辐射，必须在反应堆和大多数辅助设备周围设置屏蔽层。它的设计要力求便宜，节省空间。
对于γ射线屏蔽，通常选用钢、铅、普通混凝土和重混凝土。钢的强度，但价格较高；铅的优点是密度高，所以铅屏蔽厚度小；混凝土比金属便宜，但密度小，所以屏蔽层比其他的厚。
反应堆发出的伽马射线强度大，被屏蔽体吸收后会产生热量，所以在靠近反应堆的伽马射线屏蔽层中一直有冷却水管。在一些反应堆中，在堆芯和压力壳之间安装热屏蔽，以减少中子对压力壳的辐照损伤和射线对压力壳的加热。
中子屏蔽需要具有大中子俘获截面元素的材料，通常含有硼，有时含有浓缩的硼-10。有些屏蔽材料俘获中子后会放出伽马射线，所以在中子屏蔽外面应该有伽马射线屏蔽。通常在设计外屏蔽时，要将辐射降低到人类允许的剂量水平以下，也就是通常所说的生物屏蔽。核电站反应堆的外屏蔽一般采用普通混凝土或重混凝土。
核裂变和核聚变！`