Pod koniec dziewiętnastego wieku doszło do intensywnego rozwoju wielu dziedzin przemysłu. W związku z tym wzrosło zapotrzebowanie na energię elektryczną. Następnie rozpoczęła się elektryfikacja miast a później także wsi. Konieczna więc była budowa elektrowni, których zadaniem jest przetwarzanie różnej postaci energii na energię elektryczną, która następnie jest dostarczana liniami przesyłowymi do użytkowników. W zależności od rodzaju energii, która jest wykorzystywana do produkcji prądu wśród elektrowni można wyróżnić m.in. tradycyjne elektrownie węglowe, które korzystają z energii wewnętrznej zmagazynowanej w węglu kamiennym lub brunatnym, a także elektrownie wodne wykorzystujące energię potencjalną wód, elektrownie wiatrowe przetwarzające energię kinetyczną wiatru czy elektrownie geotermalne korzystające z energii cieplnej wnętrza Ziemi.
Najpóźniej rozwinęła się inna z gałęzi energetyki, a mianowicie energetyka atomowa. Elektrownia taka bazuje na energii wydzielanej w procesach rozszczepienia niektórych izotopów pierwiastków ciężkich. Reakcje takie zachodzą w specjalnych reaktorach jądrowych. Przeprowadza się tam kontrolowana reakcję łańcuchową.
W reaktorze wodnym wrzącym dochodzi do zamiany wody w parę wodną, a sprawca tego procesu jest wytworzona energia atomowa. Miejscem procesu jest zbiornik ciśnieniowy. Ciśnienie powstałej pary to około 7MPa. Wykorzystywana jest ona do dostarczania energii do generatora. Energia ta jest niezbędna do generowania prądu elektrycznego. Grubość ścianek takiego zbiornika ciśnieniowego wynosi około 16 centymetrów. Wewnątrz zbiornika umieszczony jest rdzeń. Przecen rdzeń przepuszczana jest woda zamieniana w parę wodną. Na każdy taki rdzeń składają się elementy paliwowe w ilości około 800 sztuk. Pojedyncze elementy obudowane są blaszanymi pojemnikami. Do wnętrza tych pojemników woda może się przedostać dzięki otworom wykonanym w dnie pojemnika. Woda , która przedostaje się do pojemnika ma kontakt z 64 prętami. Materiałem budulcowym tych prętów jest materiał rozszczepialny. Może to być np. jeden z izotopów uranu. Przeważnie taki materiał wzbogaca się , tak , że w konsekwencji ma on postać dwutlenku uranu.
Energia, która powstaje podczas procesu rozszczepiania jąder atomowych jest przekazywana wodzie. Dzięki takiemu systemowi chłodzącemu nie dochodzi do nadmiernego wzrostu temperatury w reaktorze. Woda jednak spełnia jeszcze jedną bardzo ważną funkcję. Mianowicie jest moderatorem. Moderatory są to substancje służące do spowalniania przez rozpraszanie szybkich neutronów powstających w reaktorach jądrowych. Chodzi jąder to aby miały one odpowiednie energie do podtrzymywania reakcji rozszczepienia. Neutrony prędkie mają bowiem mały przekrój czynny na rozszczepienie. Innymi stosowanymi moderatorami są beryl oraz grafit.
Natomiast kontrola procesów rozszczepienia jest w reaktorze przeprowadzana dzięki obecności prętów borowych lub kadmowych, które mają za zadanie wyłapywanie nadmiaru powstających neutronów, tak aby ich ilość była mniej więcej stała jąder reakcja rozszczepienia przebiegała na podobnym poziomie przez cały czas pracy reaktora. Gdyby tak nie było reakcja łańcuchowa bardzo szybko przeszłaby w proces lawinowy. Wtedy każdy powstały neutron powodowałby kolejne rozszczepienie. Szybkość tych reakcji byłaby tak duża, że przy wystarczającej masie materiału rozszczepialnego doszłoby do eksplozji . Taka sytuacja ma miejsce w przypadku bomby atomowej.
Pręty kadmowe lub borowe są elementami ruchomymi reaktora. Oznacza to , że mogą być spuszczane na większe głębokości lub wysuwane w zależność od tego czy w danej chwili należy reakcje zwolnić w mniejszym lub większym stopniu. I tak jeśli znajdują się na większej głębokości to oczywiście jest większy efekt spowalniania. Jeśli natomiast są zanurzone płycej to pochłaniają mniejsza liczbę neutronów i w związku z tym dochodzi do większej liczby reakcji rozszczepienia. Sterowanie tymi procesami musi być bardzo precyzyjne i wielokrotnie wymaga dużej szybkości reakcji. Dlatego wszystkie te procesy są sterowane automatycznie za pomocą odpowiednich mechanizmów i programów.
W momencie gdy reaktor jest dopiero uruchamiany zachodzi konieczność dostarczenia neutronów z jakiegoś źródła z zewnątrz. Natomiast jeśli nastąpiła tylko krótkotrwała przerwa w pracy reaktora to wystarczy zwyczajne wynurzenie prętów.
Innym rodzajem reaktora jest reaktor wodny ciśnieniowy. Różni się od poprzedniego tym, ze nie dochodzi do wrzenia wody. Dzieje się tak ze względu na ogromne ciśnienia , około 15 MPa. Wyróżnia się dwa obiegi wody: pierwotny i wtórny. Nie dochodzi jednak do kontaktu między oboma obiegami. Woda , która znajduje się w obiegu pierwotnym powoduje wzrost temperatury wody obiegu wtórnego. Dzieje się tak dzięki specjalnemu elementowi zwanemu wytwornicą pary. W związku z przekazywaniem ciepła temperatura wody z obiegu pierwotnego spada z 330 do 290 stopni C. Po ochłodzeniu woda ta wraca do reaktora aby ponownie się nagrzać natomiast woda obiegu wtórnego, doprowadzona do wrzenia stanowi napęd turbiny w generatorze podobnie jak to miało miejsce w poprzednim typie reaktora. W skład reaktora wodnego ciśnieniowego wchodzi w sumie 200 elementów paliwowych. Na każdy taki element paliwowy skalda się 300 prętów paliwowych zawierających materiał rozszczepialny. Za utrzymanie reakcji rozszczepienia na stałym poziomie odpowiadają pręty kadmowe, które również stanowią elementy ruchome reaktora podobnie jak w poprzednim typie, a także dodatkowo regulowana ilość boru w wodzie obiegu pierwotnego. Woda oprócz chłodziwa pełni oczywiście także funkcję moderatora.
Reaktor wodny wrzący oraz reaktor wodny ciśnieniowy należą do grupy reaktorów lekkich. Wynika to z faktu, iż jako moderator stosuje się nie wodę ciężką lecz zwykłą.
Innym typem reaktora jest reaktor powielający. Paliwem w takich reaktorach jest pluton 239. Izotop ten otrzymywany jest w bezpośrednio w reaktorach z naturalnego uranu. Do rozruchu reaktora powielającego potrzebna jest odpowiednia ilość izotopu uranu 235. Dzięki niemu możliwe jest zapoczątkowanie reakcji łańcuchowej. Izotop ten jest źródłem strumienia neutronów, dzięki którym z izotopu uranu 238 może powstać pluton 239. W reaktorach tego typu jako chłodziwo stosuje się ciekły sód. Nie ma on własności spowalniających jak to było w przypadku wody. Dlatego tez ciągle mamy do czynienia z neutronami prędkimi.
Występują dwa obiegi ciekłego sodu, pierwotny i wtórny. I znowu podgrzany w reaktorze sód obiegu pierwotnego powoduje wzrost temperatury sodu w obiegu wtórnym. Pary sodu obiegu wtórnego wykorzystywane są do napędzania turbiny generatora.
Szacuje się , że reaktor wykorzystujący nierozszczepialny izotop uranu 238 do pozyskiwania plutonu jako paliwa jądrowego charakteryzuje się sześciokrotnie większą wydajnością niż reaktor pracujący na uranie 235.
Kolejnym typem reaktora jest reaktor wysokotemperaturowy. Paliwem w takim reaktorze jest uran oraz tor. Tor jest w przyrodzie znacznie bardziej rozpowszechniony niż uran, a ma tą własność , że pod wpływem neutronów ulega przekształceniu w izotop uranu 233. Tym razem paliwo jądrowe formuje się w małe kuleczki, które zostają otoczone grafitem. Całość ma wielkość taką jak piłeczka tenisowa. Grafit pełni tutaj funkcję moderatora.
Reaktor wysokotemperaturowy charakteryzuje się dużą sprawnością.
Jeszcze inny typ reaktora atomowego nosi nazwę reaktora niejednorodnego ze spowalniaczem stałym. Paliwo jądrowe ma postać prętów, rur lub blach wykonanych z uranu lub plutonu. Paliwo takie jest rozmieszczane bądź w wodzie bądź w stałym spowalniaczu. Materiał rozszczepialny dodatkowo umieszcza się w osłonach charakteryzujących się małym przekrojem czynnym na pochłanianie neutronów. Rdzeń reaktora otacza się materiałem , który ma własności odbijające neutrony. Jest to tzw. zwierciadło. Może to być grafit lub nawet ciężka woda. Dzięki zwierciadłu możliwe jest obniżenie potrzebnej masy paliwa do ilości mniejszej od tej niezbędnej dla reaktora bez zwierciadła. Ciepło generowane podczas pracy reaktora jest przekazywane cieczy chłodzącej.
W każdym takim reaktorze istnieje możliwość produkcji izotopów promieniotwórczych, oprócz oczywiście produkcji energii, która jest nadrzędną funkcją reaktora.
