כוח גרעיני

ביקוע גרעיני משחרר כמות גדולה של אנרגיה תרמית, המאפשרת ייצור חשמל מטורבינת קיטור. דלק גרעיני הוא בדרך כלל נוקליד בקיע כגון אורניום-235, שמייצר יותר מניטרון אחד לביקוע בממוצע. חובה להאט ניטרונים מהירים המשוחררים על ידי ביקוע באמצעות ממתני ניוטרונים, מפני שניטרונים תרמיים מתחילים תגובות השרשרת בדלק ביקוע ביעילות רבה יותר.

מים הם ממתן טוב, מפני שגרעיני המימן והניטרונים הם בגודל דומה, מה שמבטיח שהניטרונים יאבדו כמות משמעותית של אנרגיה קינטית בהתנגשות. מים כבדים יעילים אף יותר, מפני שלדאוטריום כבר יש נויטרון ולא סביר שהוא יספח עוד אחד. ממתנים מתפקדים גם כמחזירים של ניוטרונים, השומרעל הניןטרונים בליבה בפיזור שווה.

כיוון שהביקוע הספונטני של אורניום-235 או 238 הוא בלתי צפוי, מקור של ניוטרונים מותקן בכור כדי להבטיח התחלה מבוקרת של תגובת השרשת. הסטטוס של תגובת השרשרת מתואר באמצעות גורם ההכפלה של ניטרון, k;היחס של מספר הניטרונים המיוצר על יד ביקוע בדור אחד למספר הניטרונים המיוצרים על ידי ביקוע בדור הקודם. כש-k נמוך מ-1, הכור הוא תת-קריטי ותפוקת האנרגיה פוחתת.

כש-k שווה ל-1, הכור קריטי ותפוקת האנרגיה יציבה. כש-k גדול מ-1, הכור על-קריטי ותפוקת האנרגיה עולה. תגובת השרשרת נשלטת על ידי מוטות בקרה העשויים מחומרים סופחי ניוטרונים כמו בורון או קדמיום.

מוטות בקרה המוחדרים במלואם סופחים כמות גדולה של ניטרונים, מה ששומר על הכור במצב תת-קריטי. הוצאת מוטות הבקרה מאפשרת התרחשות של עוד ועוד ביקועים. חומרים מקררים כמו מים מרחיקים את החום מליבת הכור כדי לייצר קיטור בטורבינה.

ככל שהכור מתחמם, הניוטרונים נעים מהר יותר ופחות סביר שהם יגרמו לביקועים, מה שמסייע למנוע התחממות יתר. הליבה מוגנת על ידי חומרים כמו מים ושכבות בטון עבות. עיצוב הליבה הכללי ומבנה ההכלה תלויים שניהם בסוג המסוים של הכור.