Jednym z najważniejszych elementów, które umożliwiły rozwój cywilizacji, jest energia. Na początku wystarczała energia uzyskiwana ze spalania drewna, jednak im bardziej człowiek się rozwijał, tym więcej energii było mu potrzebnej. Szukał więc coraz lepszych sposobów do jej pozyskiwania. W końcu odkrył, że węgiel jest bardzo dobrym źródłem energii. Następnie przyszła kolej na ropę i gaz ziemny. Im bardziej okazywało się, że paliwa kopalne mają zły wpływ na nasze środowisko, tym bardziej starano się opracować technologie alternatywne. Powstały w ten sposób elektrownie wodne, wiatrowe, i inne. Jednak żadne z nich nie były w stanie zastąpić elektrowni węglowych, które uzyskiwały niewielkim kosztem i przy użyciu prostych maszyn, bardzo dużą ilość energii. Wciąż rosnące potrzeby spowodowały jednak, że wiele krajów zaczęło zastanawiać się nad opracowaniem jakiejś nowej technologii.

Odkryciem, które w pewien sposób zapoczątkowało erę atomową, było odkrycie przez Bequerela w 1896 roku promieniotwórczości. Kilkadziesiąt lat później Otto Hahn i Fritz Strassmann jako pierwsi dokonali rozszczepienia jądra uranu. Ich doświadczenie posłużyło jako inspiracja do opracowania kontrolowanej reakcji łańcuchowej rozszczepienia uranu. Prace nad opracowaniem kontrolowanej reakcji jądrowej finansował bardzo mocno rząd USA, sprowadzając jednocześnie najlepszych naukowców z zagranicy. Projekt o nazwie Manhattan był kierowany przez genialnego włoskiego fizyka Enrico Fermiego. W projekcie brał także udział Albert Einstein. Prace projektu Manhattan zaowocowały uruchomieniem w 1942 roku w Stagg Field w stanie Illinois pierwszego reaktora jądrowego. Reaktor był zbudowany z bloku grafitowego, w którym umieszczono pręty uranowe i kadmowe. Materiałem aktywnym, czyli inaczej zwanym paliwem jądrowym, był uran. Grafit służył jako spowalniacz reakcji (moderator), dzięki temu, że spowalniał neutrony do prędkości najbardziej odpowiedniej dla przebiegu reakcji jądrowej, natomiast kadm pochłaniał nadmiar neutronów, chroniąc reaktor przed eksplozją. Ciepło z reaktora było odprowadzane przez wodę, a całość była chroniona przez bardzo grube osłony betonowe, zapobiegające wydostawaniu się na zewnątrz bardzo dużych ilości promieniowania jonizującego.

Opisany powyżej prototypowy reaktor jest pierwowzorem wielu obecnie pracujących reaktorów. Obecne reaktory różnią się zastosowaniem różnych substancji jako moderatorów, pochłaniaczy oraz czynników chłodzących. Paliwem jądrowym w reaktorach jest jednak zazwyczaj uran, choć czasem stosuje się także pluton.

Koniec drugiej wojny światowej spowodował, że oprócz militarnego zastosowania dla reakcji jądrowej zaczęto szukać dla niej także praktycznego zastosowania. Podjęto próby nad przystosowaniem reaktorów do wytwarzania prądu elektrycznego. Po raz pierwszy udało się to w 1951 roku Arco w stanie Idaho. Oprócz zastosowania energii jądrowej do wytwarzania energii elektrycznej, zastosowano ją także w medycynie. Obecnie radioterapia jest jedną z najważniejszych metod leczenia chorób nowotworowych.

Zasada działania elektrowni jądrowych polega na uzyskiwaniu energii z rozszczepiania jąder ciężkich atomów, takich jak uran i pluton. Reaktor jądrowy, czyli urządzenie, w którym jest przeprowadzane reakcja rozpadu, to jakby odpowiednik kotła w elektrowniach węglowych czy olejowych. Elektrownie jądrowe są obecnie bardzo ważnym źródłem energii na całym świecie. Wytwarzają ponad 20% energii elektrycznej zużywanej przez ludzi.

Elektrownie jądrowe są różnie zbudowane, mają jednak kilka cech wspólnych, którymi są najważniejsze elementy konstrukcji. Oczywiście najważniejszym elementem każdej elektrowni jądrowej jest reaktor. Jest to miejsce, w którym przeprowadzana jest kontrolowana reakcja łańcuchowa rozpadu paliwa jądrowego. Energia z rozpadu jest odprowadzana przez wodę, a następnie przetwarzana na pracę użyteczną za pomocą turbiny. Energia mechaniczna turbiny, za pomocą prostych rozwiązań technicznych, jest przenoszona do generatora i zamieniana na energię elektryczną. W celu jej przetworzenia do postaci, którą da się wysłać za pomocą linii elektrycznych, stosuje się odpowiednie transformatory. Każda elektrownia jądrowa musi być chroniona przed wpływem silnego promieniowania jonizującego z reaktora. Do ochrony stosuje się zazwyczaj bardzo szczelne, wielowarstwowe obudowy betonowe. Dodatkowo zapobiegają one wydostawaniu się na zewnątrz gazów radioaktywnych. W każdej elektrowni jest także maszynownia, zawierająca turbinę, generator oraz transformator. Ponieważ nie całe ciepło wytworzone w reakcji rozpadu zostaje zamienione na energię elektryczną, należy gdzieś odprowadzać niewykorzystane ciepło. Odbywa się to za pomocą chłodni kominowej, do której wprowadzane są gazy po oddaniu ciepła w turbinie. Para jest chłodzona za pomocą wody chłodzącej, a następnie wraca do obiegu jako woda. Ponadto w każdej elektrowni znajduje się bardzo głęboki basen do przechowywania zużytego paliwa jądrowego.

Cała istota działania elektrowni jądrowej opiera się na reakcji rozszczepienia jąder atomowych. Aby to zrozumieć, trzeba sobie przypomnieć trochę teorii fizyki atomowej. Jej początki sięgają początku XX wieku. W 1913 roku Niels Bohr opracował model atomu wodoru, który zakładał istnienie jądra atomowego naładowanego dodatnio oraz krążących wokół niego po orbitach ujemnie naładowanych elektronów. Model Bohra przypominał trochę modele astronomiczne, rolę Słońca pełniło jądro atomowe, a rolę planet - elektrony. Jądro atomowe stanowi zaledwie 10-12 objętości atomu, a więc jest niezwykle małe. Mimo to praktycznie cała masa atomu skupiona jest właśnie w jądrze. Elektrony mają praktycznie zerową masę w porównaniu z jądrem. W przypadku wodoru jądro atomowe tworzy pojedynczy proton. Jednak w przypadku bardziej skomplikowanych jąder, materia jest bardzo zagęszczona. Jądro atomowe o wielkości wiśni ważyłoby około 30 mln ton, a więc jest niewyobrażalnie gęste. Jądra atomów składają się z protonów i neutronów. Protony są to cząstki naładowane dodatnio, ich ładunek jest równy ładunkowi elementarnemu (ładunkowi pojedynczego elektronu), a neutrony to cząstki obojętne elektrycznie. Protony i neutrony są określane mianem nukleonów. Nie są to cząstki elementarne. Gdyż każdy z nich jest zbudowany z trzech kwarków, połączonych gluonami - cząstkami oddziaływania jądrowego.

Wiele atomów występuje w przyrodzie w postaci różnych izotopów. Izotopy są to atomy o tej samej liczbie atomowej, jednak o różnej masie jądra. Oznacza to, że dwa izotopy jednego pierwiastka mają w jądrze po tyle samo protonów, jednak różnią się liczbą neutronów. Na przykład wodór posiada trzy odmiany izotopowe - wodór, którego jądro składa się z pojedynczego protonu, deuter, którego jądro jest zbudowane z protonu i neutronu, oraz tryt, którego jądro składa się z protonu i dwóch neutronów. Wszystkie wyżej wymienione atomy są to izotopy wodoru. Innym przykładem jest uran, który występuje w odmianach izotopowych 234U, 235U oraz 238U. Uran ma liczbę atomową92, a więc łatwo można obliczyć, że kolejne izotopy mają 142, 143 oraz 146 neutronów w jądrze. Całkowita liczba nukleonów, czyli protonów i neutronów w jądrze atomowym, jest nazywana liczbą masową. Liczba atomowa, czyli liczba protonów w jądrze, bywa też czasem nazywana liczbą porządkową.

Niekiedy izotopy danego pierwiastka nie są trwałe i rozpadają się na mniejsze fragmenty. Dzieje się tak dlatego, że ich jądra są zbyt duże w stosunku do całej budowy atomu, tak jak budynek o olbrzymiej masie i bardzo cienkiej konstrukcji. Rozpad jąder atomowych to proces, w wyniku którego jądro jednego atomu rozpada się na inne jądro (jedno lub dwa). W wyniku tego procesu może nastąpić dodatkowa emisja promieniowania. Przykładem rozpadu promieniotwórczego jest rozpad radu. Pierwiastek ten rozpadając się wyrzuca z siebie jądro helu - cząstkę złożoną z dwóch protonów i dwóch elektronów, zwaną cząstką alfa - a sam przekształca się w atom o liczbie porządkowej mniejszej o 2. Teki rozpad jądrowy jest nazywany rozpadem alfa. Inne rozpady jądrowe, zwane rozpadami beta, polegają na przekształceniu się protonu w neutron. W wyniku tego procesu powstaje dodatkowo elektron, który zostaje wyrzucony z jądra. Bardzo często zdarza się, że po przemianie jądro nadal nie jest stabilne i ulega kolejnym rozpadom. Powstaje w ten sposób szereg promieniotwórczy, którego zakończeniem jest zawsze powstanie trwałego pierwiastka. Na przykład szereg promieniotwórczy uranu kończy się po 13 rozpadach, i produktem końcowym jest najcięższy stabilny pierwiastek - ołów.

W reaktorach jądrowych dokonuje się głównie reakcji rozszczepienia jądra uranu. Spośród wymienionych wcześniej izotopów uranu, U - 234, U - 235 oraz U - 238, 99,3% w przyrodzie stanowi uran 238. Pozostałe 0,7% to uran 235. Uranu 234 nie ma prawie w ogóle w naturalnym uranie. Uran 238 nie jest przydatny w reakcji rozpadu jądrowego, ponieważ jest stabilny. Natomiast za pomocą powolnych neutronów można wywoływać reakcję rozpadu jąder U - 235. Pierwszym produktem reakcji jest nietrwała przejściowa forma U - 236. Ten izotop bardzo szybko ulega rozpadowi na kilka jąder, między innymi jądro Ba - 144 oraz Kr - 90. W procesie rozpadu powstają także dwa neutrony. W całym procesie nie byłoby nic niezwykłego, gdyby nie fakt, że wszystkie produkty końcowe razem wzięte mają mniejszą masę niż jądro początkowe, U - 235. Okazuje się, że ubytek masy można powiązać z energią za pomocą słynnego wzoru, wyprowadzonego przez Alberta Einsteina: E = mc2. Ubytek masy jest równy energii, jaka wydzieliła się w układzie. Energia ta jest wynikiem zerwania "wiązania" pomiędzy fragmentami jądra. Cząstki powstałe po rozpadzie mają bardzo dużą energię kinetyczną, którą uzyskały dzięki energii jądrowej. W wyniku zderzeń z innymi atomami energia kinetyczna tycz jąder zostaje rozproszona w postaci ciepła, emitowanego prze drgające atomy. To właśnie ciepło można wykorzystywać i przetwarzać na pracę użyteczną, a następnie na energię mechaniczną.

Można wszystko to, co opisaliśmy powyżej, podsumować stwierdzeniem, że w wyniku kontrolowanego rozszczepienia jąder uranu 235 uzyskuje się około 23 000 kWh z jednego grama paliwa. Jest to olbrzymia ilość energii. Co więcej, jak już wspomniano, w wyniku rozpadu powstają dodatkowo neutrony. Te neutrony powodują w reaktorze zapoczątkowanie kolejnych reakcji rozpadu tak, że reakcja sama się podtrzymuje. Takie zjawisko jest nazywane reakcją łańcuchową.

W wyniku rozpadu jądra U - 235 powstają zazwyczaj jądra baru 144 oraz kryptonu 89. Izotopy te są radioaktywne, i wysyłają duże ilości promieniowania jonizującego. Odpady radioaktywne są jednym z najważniejszych problemów elektrowni jądrowych - ich utylizacja i przechowywanie jest bardzo trudne, a same odpady są niezwykle niebezpieczne dla człowieka.

Możliwe jest także przeprowadzanie rozpadu jądrowego izotopów uranu 238, jednak niezbędne są do tego bardzo szybkie neutrony. Powolne neutrony zostają pochłonięte przez jądro, które przechodzi w formę przejściową uranu 239. Ta forma przejściowa jednak bardzo szybko zmienia się w pluton 239. Ten izotop jest już z kolei bardzo dobrym paliwem jądrowym, jego rozszczepienie można przeprowadzać z wykorzystaniem powolnych neutronów.

Reakcja łańcuchowa przeprowadzana w reaktorze musi być na każdym etapie od początku do końca kontrolowana. W przeciwnym razie ogromne ilości uwolnionej energii rozsadziłyby reaktor i całą elektrownię. Ważne jest nawet, jaki kształt ma bryła paliwa jądrowego. Gdyby była to duża, nieregularna bryła, w wyniku ostrzeliwania jej neutronami zostałaby zapoczątkowana reakcja łańcuchowa. Biorąc pod uwagę, że z jednego izotopu uranu powstają trzy neutrony, które mogą zapoczątkować trzy kolejne reakcje rozpadu, reakcja bardzo szybko przebiegałaby w zupełnie niekontrolowany sposób. Jeżeli weźmie się pod uwagę, że w każdym rozpadzie uwalniane są olbrzymie ilości energii, to w wyniku takiego niekontrolowanego i błyskawicznie rozprzestrzeniającego się rozpadu nastąpiłoby wydzielenie ogromnych ilość energii. Taka niekontrolowana reakcja łańcuchowa nie nadaje się do wytwarzania energii w reaktorach, jest natomiast stosowana w bombach atomowych. Warunkiem zapoczątkowania takiej reakcji jest to, aby paliwo jądrowe miało masę przekraczającą masę krytyczną, równą w przypadku uranu 235 23 kilogramy. Aby otrzymać tyle uranu, potrzebna jest kula o średnicy około 13 centymetrów. Jeżeli masa jest mniejsza od masy krytycznej, neutrony powstałe z rozpadów znacznie rzadziej zderzają się z kolejnymi atomami, i dlatego proces przebiega znacznie wolniej i z wydzieleniem mniejszej ilości energii. Oczywiście oprócz opisanego procesu możliwe jest przeprowadzanie kontrolowanej reakcji rozpadu, przez dopuszczanie do paliwa tylko określonej ilości neutronów, które mogą zapoczątkować reakcję rozpadu. Właśnie takie rozwiązanie zostało wykorzystane w reaktorach jądrowych.

Pręty paliwowe w reaktorach jądrowych nie są do końca "prętami" w dosłownym tego słowa znaczeniu. Są to raczej pastylki, wykonane z ditlenku uranu, UO2, uzyskanego ze wzbogaconego gazu UF6. Pastylki z ditlenku uranu są wykonywane przez prasowanie odpowiedniej ilości materiału w specjalnych pracach. Uzyskuje się zazwyczaj pastylki o wymiarach rzędu 1,5 cm grubości i 1 cm średnicy. Takie sprasowane bloczki wygrzewa się następnie w temperaturze 1700°C w celu dokładnego zespolenia ziaren. Tak przygotowane pastylki tnie się mechanicznie z dokładnością do 10-7 m, a następnie umieszcza w specjalnych rurkach, zwanych koszulkami. Rurki wypełnione są helem, w celu zwiększenia przewodnictwa cieplnego. Ważne jest, żeby pastylka nigdy nie była idealnie dopasowana do rurki, ponieważ w procesie rozpadu promieniotwórczego powstają gazy, które muszą gdzieś się gromadzić. Przestrzeń tą nazywa się przestrzenią gazu porozpadowego. Zamknięte rurki, w których znajdują się bloczki uranu i hel, są nazywane prętami paliwowymi. Innym elementem paliwowym są pręty regulacyjne, które mogą być złożone na przykład z kadmy. Konstrukcja elementów paliwowych jest różna w różnych reaktorach. Przykładowe elementy paliwowe w reaktorze wrzącym mają na przykład 47 prętów paliwowych. W reaktorach wodnych ciśnieniowych jest ich znacznie więcej. Liczba i położenie prętów regulacyjnych w reaktorze także jest różna i zależy od ilości prętów paliwowych.

Jak już wspomniano, istnieje kilka typów reaktorów jądrowych. Najważniejsze z nich to:

  1. Reaktor wodny wrzący - w tego typu reaktorach ciepło jest odprowadzane z reaktora za pomocą zamiany wody w parę wodną w zbiorniku ciśnieniowym w reaktorze. Para ze zbiornika ma ciśnienie około 7 MPa. Służy ona do napędzania turbiny, której praca jest przekazywana generatorowi prądu zmiennego. Rdzeń reaktora znajduje się wewnątrz olbrzymiego zbiornika ciśnieniowego, którego ścianki są grubości rzędu 15 cm. W rdzeniu jest umieszczonych około 800 elementów paliwowych, każdy z nich w blaszanym pojemniku, chroniącym przed zalaniem wodą. Woda do pojemników może dostawać się jedynie przez otwór od spodu. Jeden pojemnik zawiera 64 pręty paliwowe. Woda odbiera ciepło, które jest wytwarzane przez paliwo jądrowe, zazwyczaj wzbogacony uran w postaci dwutlenku, UO2, podczas rozpadu. Woda jednocześnie powoduje hamowanie szybkich neutronów, a więc działa jako moderator. Aby reakcja nie wymknęła się spod kontroli i nie nastąpił wybuch taki jak w bombie atomowej, należy kontrolować liczbę neutronów mogących wywoływać rozpad jąder uranu. Dokonuje się tego za pomocą prętów sterujących, zbudowanych z materiałów pochłaniających neutrony. Materiałami takimi mogą być na przykład kadm czy bor. Ważne jest też, aby reakcja całkowicie nie zgasła, gdyż wtedy przestaniemy otrzymywać energię. Obydwa te problemy rozwiązuje się przez odpowiednie wprowadzanie prętów sterujących do reaktora. Pręty te można wsuwać na odpowiednią głębokość, w zależności od potrzeby, dzięki czemu możliwe jest bardzo dokładne kontrolowanie przebiegu reakcji. W razie potrzeby można także reakcję natychmiastowo przerwać. Pręty nie są oczywiście sterowane ręcznie, gdyż reakcje jądrowe przebiegają zbyt szybko, aby można było samodzielnie zareagować w odpowiednim momencie. Dlatego też pręty są kontrolowane automatycznie, i w razie potrzeby wsuwane lub wysuwane z reaktora. Co ciekawe, zatrzymanie reakcji przez wprowadzenie prętów nie oznacza konieczności ponownego inicjowania reakcji neutronami z zewnątrz. Jeżeli reakcja nie została przerwana na długo, to możliwe jest ponowne jej uruchomienie przez wyjęcie prętów.
  1. Reaktor wodny ciśnieniowy - to drugi rodzaj reaktora jądrowego. W tym przypadku woda, która odbiera ciepło od rdzenia reaktora, nie jest dopuszczana do wrzenia, tylko utrzymywana w stanie ciekłym przez olbrzymie ciśnienie, sięgające 15 MPa. Ta woda tworzy obieg pierwotny, i za jej pomocą ogrzewa się dopiero obieg wtórny. Woda obiegu wtórnego odbiera ciepło z obiegu pierwotnego, ochładzając go od około 350°C do około 290°C. Sama zaczyna wrzeć, a jej para napędza turbinę, która przekazuje pracę do generatora prądu. Woda w obiegu pierwotnym jest stale pompowana do rdzenia, gdzie na powrót się ogrzewa i oddaje ciepło do obiegu wtórnego. Olbrzymie ciśnienie wody w obiegu pierwotnym, zapewniające, że nie zacznie ona wrzeć, jest utrzymywane za pomocą bardzo silnego regulatora ciśnienia. Reaktory wodne ciśnieniowe mają znacznie więcej prętów paliwowych niż reaktory wrzące - około 200 elementów paliwowych, w których jest po 300 prętów. Reaktorem steruje się nie przez wsuwanie i wysuwanie prętów sterujących, ale poprzez zmiany stężenia roztworu boru, który pochłania wolne neutrony. Istnieje jednak możliwość wsuwania prętów kadmowych, które stanowią jakby dodatkowe zabezpieczenie. Spowalniaczem reakcji jest, podobnie jak w reaktorze wrzącym, woda. W reaktorze tym stosuje się lekką (zwykłą) wodę, dlatego reaktor nazywany jest lekkim (podobnie jak poprzednio opisany).
  2. Reaktor powielający - jest to reaktor, wykorzystujący fakt, że jądra uranu 238 po wychwyceniu powolnego neutronu przekształcają się w jądra plutonu 239. Jądra te można łatwo rozszczepiać, uzyskując z nich energię. Podczas rozpadu plutonu powstaje od dwóch do trzech neutronów. Jeden z nich potrzebny jest, aby kontynuować reakcję rozszczepienia, a dwa pozostałe przekazuje się do uranu 238. Tam następuje przemiana w pluton 239, dzięki czemu powstaje nowe paliwo. Widać wyraźnie, że w wyniku przeprowadzenia rozpadu możliwe jest otrzymanie więcej paliwa, niż zostało zużyte, ponieważ z jednego plutonu powstają dwa kolejne, a rozpada się tylko jeden. Warunek jest tylko taki, aby mieć dostatecznie dużą ilość uranu 238. Jednak materiał ten jest stosunkowo dobrze dostępny. Powoduje to, że reaktory powielające mają szansę stać się jednym z najważniejszych źródeł energii dla ludzkości. Wydajność metody powielającej jest ponad 60 razy bardziej wydajna niż inne metody, co powoduje, że jest bardzo obiecująca. Oczywiście ten rodzaj reaktorów ma swoje wady. Przede wszystkim w celu uzyskania dobrej wydajności, niezbędne jest stosowanie szybkich neutronów do zamiany uranu 238 na pluton 239. Dodatkowo, w prętach paliwowych niezbędna jest dość duża zawartość plutonu, aby reakcja przebiegała efektywnie - niezbędne jest około 20 - 30% plutonu, a pozostałą część może stanowić uran 238. Powoduje to, że w reaktorze jest ponad dziesięciokrotnie więcej paliwa niż w innych typach. Stwarza to bardzo poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa, a także liczne trudności techniczne w konstrukcji i użytkowaniu takich reaktorów. W reaktorach powielających zachodzi znacznie więcej reakcji niż w zwykłych reaktorach, dlatego powstaje w nich o wiele więcej ciepła. Jest ono odprowadzane za pomocą ciekłego sodu, który nie pochłania tylu neutronów, co woda, a jest bardzo dobrym przewodnikiem cieplnym. W obiegu wtórnym również stosuje się ciekły sód, którego pary służą do napędzania turbin.
  3. Reaktor wysokotemperaturowy - w tego typu reaktorach stosuje się również dwa rodzaje paliwa. Jednym z nich jest uran 235, a drugim tor 232. W wyniku pochłonięcia neutronu tor 232 przekształca się w uran 233, który można rozszczepić za pomocą wolnych neutronów. Paliwo w takich reaktorach umieszcza się w postaci granulek w grafitowych kulach o rozmiarach piłki do tenisa. Ciepło z reaktora ogrzewa hel do około 900°C. Gaz ogrzewa wodę w obiegu wtórnym, która wrze i napędza turbiny. Reaktory wysokotemperaturowe są najbardziej sprawnymi reaktorami.
  4. Reaktor niejednorodny ze stałym spowalniaczem - w takich reaktorach stosuje się nieco inne rozwiązanie niż w przypadku reaktorów dotychczas opisanych. Reakcję przeprowadza się w dużych reaktorach jądrowych, złożonych ze zbiornika wypełnionego ciekłym lub stałym spowalniaczem. Ciekłym spowalniaczem może być na przykład ciężka lub zwykła woda. Paliwo umieszcza się w reaktorze w postaci prętów, rur lub blach złożonych z uranu 233, uranu 235 lub plutonu 239. Taki układ jest nazywany strefą aktywną reaktora. Jeżeli paliwo i spowalniacz tworzą niejednorodną masę, mówimy o reaktorze heterogenicznym (niejednorodnym). Cały rdzeń otoczony jest zwierciadłem odbijającym neutrony, zbudowanym z grafitu lub tlenku berylu. Zwierciadło pełni rolę zwiększania intensywności neutronów. Dzięki temu w reaktorze może być znacznie mniej paliwa, niż wynosi masa krytyczna. Cały reaktor jest oczywiście chroniony osłoną betonową. W reaktorze wytwarzane jest ciepło, które odprowadzane jest za pomocą cieczy chłodzącej. Aby do chłodziwa nie dostały się produkty rozpadu, reaktor jest osłonięty osłoną z materiału przezroczystego dla neutronów, na przykład magnezu czy cyrkonu. Chłodziwo jest substancją trudno wrzącą, oddaje ono ciepło innej cieczy, w obiegu wtórnym, która łatwo wrze i napędza turbinę. Chłodziwo reaktora może być wykonane z ciekłych metali, które pompuje się za pomocą pomp elektromagnetycznych, pompujących ciekły metal pod wpływem pola magnetycznego. Reaktor musi być oczywiście sterowany, do jego kierowania służą pręty sterujące wykonane z metali bardzo silnie pochłaniających neutrony. Materiałami takimi są na przykład kadm, bar oraz hafn. Podobnie jak w innych reaktorach, kontrola polega na wsuwaniu lub wysuwaniu prętów sterujących do reaktora. Silne wsunięcie pręta może spowodować całkowite zatrzymanie reakcji, natomiast wysuwanie prętów powoduje, że w obszarze reaktora jest więcej neutronów, i następuje więcej reakcji rozszczepienia. Pręty, ze względu na bardzo szybką skalę czasową procesów zachodzących w reaktorze, są kontrolowane automatycznie przez komputer. Dodatkowym elementem reaktorów są kanały, w których wytwarza się izotopy promieniotwórcze. Niektóre reaktory, na przykład Świerk koło Warszawy, to reaktory służące głównie do wytwarzania izotopów promieniotwórczych.
  5. Reaktor jednorodny - w przypadku tego reaktora paliwo i spowalniacz tworzą zwartą, jednorodną masę, homogeniczną. Rdzeń reaktora wypełnia roztwór wodny siarczku uranylu lub innego paliwa jądrowego. Niekiedy w rdzeniu umieszcza się nawet sproszkowane paliwo i spowalniacz. Dzięki takiemu zastosowaniu nie ma potrzeby produkowania skomplikowanych prętów paliwowych. Reaktor jest chłodzony, podobnie jak większość reaktorów, w systemie dwuobiegowym.

Promieniotwórczość, pomimo, że znalazła tak wspaniałe zastosowanie jak elektrownie jądrowe, jest bardzo niebezpiecznym zjawiskiem dla człowieka. Szczególnie odczuwają to ludzie mieszkający w pobliżu elektrowni jądrowych. Oni najbardziej odczuwają uboczne skutki funkcjonowania takich urządzeń jak reaktory. Jednak w obecnych nowoczesnych elektrowniach jądrowych jest tak dużo zabezpieczeń, że dopuszczalne normy promieniowania w pobliżu elektrowni nie są prawie nigdy przekroczone. Niestety, jest tak jedynie do czasu, gdy reaktor pracuje bez żadnych zakłóceń. Każda, nawet najmniejsza awaria reaktora, grozi katastrofą na skalę globalną. Przekonali się o tym na własnej skórze mieszkańcy Europu, którzy w roku 1984 byli świadkami awarii reaktora jądrowego w elektrowni jądrowej w Czarnobylu na Ukrainie.

Dnia 25 kwietnia tego roku o godzinie 13:00 wpuszczono do reaktora wodnego ciśnieniowego pręty regulacyjne. Reaktor był zbudowany z moderatora grafitowego, a do jego chłodzenia używano zwykłej wody. Moc reaktora, w związku z małym zapotrzebowaniem na energię, została obniżona do 1600 MW z normalnych 3200MW. O godzinie 14:00 wyłączono system chłodzenia awaryjnego, aby nie zużywał mocy. Dopuszczono się więc czegoś, co jest absolutnie niedopuszczalne w przypadku reaktorów jądrowych - pozbawiono go kontroli. Dalej wypadki potoczyły się bardzo szybko - po godzinie 23:00 przeprogramowano monitory na małe stopnie mocy, jednak operator reaktora zapomniał ustawić na reaktorze utrzymywanie mocy 700 - 1000 MW. Spowodowało to ogromny spadek mocy do 30 MW. Obsługa reaktora postanowiła zareagować, wyciągając pręty regulujące z reaktora. Spowodowało to wzrost mocy, jednak doprowadziło do zmian w reakcji i konieczności ręcznych regulacji reaktora. Operatorzy reaktora postanowili dokonać niezbędnych napraw, i wyłączyli sygnały bezpieczeństwa. W reaktorze wciąż rosło promieniowanie, jednak operatorzy wciąż starali się zwiększyć moc reaktora. W końcu został wyłączony system bezpieczeństwa reaktora, a operatorzy postanowili zwiększyć jego moc. Nie przewidzieli jednak, że przy tak niskim stanie mocy, nawet mały wzrost mógł spowodować niekontrolowany przebieg reakcji. I tak też się stało. O godzinie 1:23 moc reaktora wzrosła do ponad 100 - krotnej mocy wytwórczej reaktora, co spowodowało rozpad paliwa jądrowego i przedarcie się go do systemu chłodzącego. Powstała potężna eksplozja, która rozbiła betonowe ściany chroniące reaktor i wysadziła w powietrze cały reaktor, razem z blokiem grafitowym i paliwowym. Cały odpad promieniotwórczy dostał się do atmosfery. Spośród promieniotwórczych izotopów najgroźniejsze były jod 131 oraz cez 137, których czas półrozpadu wynosi odpowiednio 8 dni oraz 30 lat.

Wybuch reaktora spowodował skażenie całego terenu dawką promieniowania znacznie większą, niż została wytworzona podczas bombardowania Hiroszimy i Nagasaki. W wyniku eksplozji zginęło 31 osób, a ponad 150 zapadło na ciężką chorobę popromienną. Jednak co gorsza, olbrzymia chmura pyłu radioaktywnego, w wyniku wiania silnych wiatrów, rozprzestrzeniła się nad całą Europą środkowo - wschodnią. Szczególnie ucierpiały kraje skandynawskie, gdyż do nich wiatr przywiał najpierw chmurę. Polskę na szczęście najgorsza chmura ominęła.