จากบนลงล่าง ซ้ายไปขวา

1. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ชิคาโกไพล์-1 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เทียมเครื่องแรก
2. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชิปปิ้งพอร์ต เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์เครื่องแรกในยามสงบ
3. HTR-10เป็นต้นแบบของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 4 เครื่องแรก คือHTR-PM
4. เครื่องบินConvair NB-36Hเป็นเครื่องบินลำแรกที่ทดสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนเครื่องบิน
5. ปฏิบัติการซีออร์บิทการเดินทางรอบโลกครั้งแรกของเรือผิวน้ำพลังงานนิวเคลียร์
6. โครงสร้างกักเก็บกักของเชอร์โนบิลสร้างขึ้นเพื่อกักเก็บผลกระทบจากภัยพิบัติในปี 1986

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ฟิชชันแบบ ควบคุม มีการใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์การขับเคลื่อนเรือการผลิตอาวุธและการวิจัยนิวเคลียสฟิชไซล์ (ส่วนใหญ่คือยูเรเนียม-235หรือพลูโทเนียม-239 ) ดูดซับนิวตรอน เดี่ยว และแตกตัว ปล่อยพลังงานและนิวตรอนหลายตัว ซึ่งสามารถกระตุ้นให้เกิดฟิชชันต่อไปได้ เครื่องปฏิกรณ์จะทำให้สิ่งนี้เสถียรโดยการควบคุมตัวดูดซับนิวตรอนและตัวหน่วงในแกนกลาง ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงเป็นพิเศษยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำมีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าถ่านหินถึง 120,000 เท่า^{[ 1 ] [ 2 ]}

ความร้อนจากการแตกตัวของนิวเคลียร์จะถูกส่งผ่านไปยังสารหล่อเย็นของของเหลวที่ใช้ในการทำงาน ในเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ สารหล่อเย็นนี้จะขับเคลื่อนกังหันและ เพลา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องปฏิกรณ์บางเครื่องใช้สำหรับการทำความร้อนในเขตเมืองและ การผลิต ไอโซโทปเพื่อใช้ในทางการแพทย์และอุตสาหกรรม^{[ 3 ]}

หลังจากการค้นพบการแตกตัวของนิวเคลียสในปี 1938 หลายประเทศได้เริ่มโครงการวิจัยนิวเคลียร์ทางทหาร การทดลอง ในช่วงแรกๆ ที่เป็นสภาวะต่ำกว่า วิกฤต ได้ตรวจสอบนิวโทรนิกส์ในปี 1942 เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์แบบวิกฤตเทียม เครื่องแรก ^{[หมายเหตุ 1 ]} Chicago Pile-1ถูกสร้างขึ้นโดยห้องปฏิบัติการโลหะวิทยา [ ^{5 ] ตั้งแต่}ปี 1944 เครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่เครื่องแรกถูกใช้งานที่ไซต์แฮนฟอร์ด เพื่อ การผลิตอาวุธการ ออกแบบ เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงซึ่งใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ ประมาณ 70% ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเรือดำน้ำของกองทัพเรือสหรัฐฯโดยเริ่มจากS1Wในปี 1953 ^{[ 6 ]}ในปี 1954 การผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็กเริ่มต้นขึ้นด้วยโรงไฟฟ้า Obninsk ของโซเวียต[ 7 ^{]โรงไฟฟ้า}นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์แห่งแรกคือCalder Hallที่Sellafieldประเทศอังกฤษ ซึ่งเริ่มดำเนินการในปี 1956

เชื้อเพลิงใช้แล้วสามารถนำไปแปรรูปใหม่ได้ซึ่งอาจช่วยลดของเสียจากนิวเคลียร์และนำเชื้อเพลิงที่ใช้ได้ในเครื่องปฏิกรณ์ กลับมาใช้ใหม่ ได้^{[ 8 ]}นอกจากนี้ยังก่อให้เกิด ความเสี่ยงต่อ การแพร่กระจายอาวุธนิวเคลียร์ผ่านการผลิตพลูโตเนียมสำหรับอาวุธนิวเคลียร์

อุบัติเหตุในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เกิดจากความผิดพลาดทั้งด้านการออกแบบและผู้ปฏิบัติงานอุบัติเหตุที่ทรีไมล์ไอส์แลนด์ ในปี 1979 ซึ่งอยู่ในระดับ INES ระดับ 5 ภัยพิบัติเชอร์โนบิลในปี 1986 และ ภัยพิบัติฟุกุชิมะในปี 2011 ซึ่งทั้งสอง เหตุการณ์ อยู่ในระดับ 7 ล้วนส่งผลกระทบอย่างมากต่ออุตสาหกรรมนิวเคลียร์และขบวนการต่อต้านนิวเคลียร์

ณ ปี 2025 มีเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ 417 เครื่อง เครื่องปฏิกรณ์วิจัย 226 เครื่อง และ เครื่องปฏิกรณ์ ขับเคลื่อนทางทะเล มากกว่า 200 เครื่องที่กำลังดำเนินการอยู่ทั่วโลก^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}เครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 9% ของปริมาณไฟฟ้าทั่วโลก^{[ 13 ]}เมื่อเทียบกับ 30% จากพลังงานหมุนเวียน [ ^{14 ]}ซึ่งรวมกันเป็นไฟฟ้าคาร์บอนต่ำเกือบ 90% ของปริมาณนี้มาจากเครื่องปฏิกรณ์ น้ำแรง ดัน สูง และ น้ำเดือด ^{[ 6 ]}การออกแบบอื่นๆ ได้แก่ เครื่อง ปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊ส เครื่องปฏิกรณ์แบบสเปกตรัมเร็วเครื่องปฏิกรณ์แบบเพาะพันธุ์ เครื่องปฏิกรณ์แบบ น้ำหนักเบา เครื่องปฏิกรณ์^แบบเกลือหลอมเหลวและเครื่อง ปฏิกรณ์แบบโมดูลา ร์ขนาดเล็ก^{[ 15 ]}ซึ่งแต่ละแบบช่วยปรับปรุงความปลอดภัย ประสิทธิภาพ ต้นทุนประเภทเชื้อเพลิงการเสริมสมรรถนะหรือการเผาไหม้และเครื่องปฏิกรณ์กราไฟต์น้ำเบาที่ล้าสมัยไป แล้ว

ในช่วงต้นทศวรรษ 1940 การวิจัยนิวเคลียร์ วลี "กองอะตอม" ถูกใช้สำหรับการประกอบใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับยูเรเนียมและความพยายามในการเพิ่มจำนวนนิวตรอน รวมถึงส่วนใหญ่ที่เป็นแบบต่ำกว่าวิกฤต หลังจากที่Chicago Pile-1แสดงให้เห็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ยั่งยืนด้วยตนเอง คำว่า "เครื่องปฏิกรณ์" จึงเป็นที่นิยมมากขึ้น วลี "กองนิวเคลียร์" และ "เครื่องปฏิกรณ์อะตอม" ก็เป็นที่นิยมเช่นกัน^{[ 16 ] [ 17 ]}

การทดลอง มวลวิกฤตแม้จะง่ายกว่ามาก แต่บางครั้งก็ถูกเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์วิจัย เช่นอุปกรณ์Godiva ^{[ 18 ] [ 19 ]}

คำว่า "เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์" ส่วนใหญ่ใช้เพื่ออ้างถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิสชัน นอกจากนี้ยังอาจหมายถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งมีเพียงระบบพลังงานสุทธิที่เป็นลบเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกไอโซโทปรังสีและหน่วยทำความร้อนไอโซโทปรังสีแม้ว่าจะได้รับพลังงานจากปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์ แต่ก็ไม่ได้ถูกเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เนื่องจากไม่ได้ก่อให้เกิดปฏิกิริยา^{[ 20 ]}

เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อน แบบดั้งเดิม ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะแปลงพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ อย่าง เป็นระบบให้เป็นพลังงานความร้อนเพื่อแปลงต่อไปเป็นพลังงานกลหรือพลังงานไฟฟ้า

เมื่อนิวเคลียสของอะตอมที่แตกตัวได้ ขนาดใหญ่ เช่นยูเรเนียม-235 , ยูเรเนียม-233หรือพลูโทเนียม-239ดูดซับนิวตรอน มันอาจเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน นิวเคลียสหนักจะแตกออกเป็นนิวเคลียสที่เบากว่าสองนิวเคลียสขึ้นไป ( ผลิตภัณฑ์ฟิชชัน ) โดยปล่อยพลังงานจลน์รังสีแกมมาและนิวตรอนอิสระออกมา นิวตรอนบางส่วนอาจถูกดูดซับโดยอะตอมที่แตกตัวได้อื่นๆ และกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันเพิ่มเติม ซึ่งจะปล่อยนิวตรอนออกมาอีก และเป็นเช่นนี้เรื่อยไป กระบวนการ นี้เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ดังกล่าวแท่งควบคุมที่มีสารพิษนิวตรอนและตัวลดความเร็วของนิวตรอนสามารถเปลี่ยนสัดส่วนของนิวตรอนที่จะก่อให้เกิดการแตกตัวต่อไปได้^{[ 21 ]}โดยทั่วไปแล้วเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะมีระบบอัตโนมัติและระบบด้วยตนเองเพื่อปิดปฏิกิริยาการแตกตัวหากการตรวจสอบหรือเครื่องมือตรวจพบสภาวะที่ไม่ปลอดภัย^{[ 22 ]}

แกนปฏิกรณ์สร้างความร้อนได้หลายวิธี:

• พลังงานจลน์ของผลิตภัณฑ์ฟิชชันจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนเมื่อนิวเคลียสเหล่านี้ชนกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง
• เครื่องปฏิกรณ์จะดูดซับรังสีแกมมา บางส่วน ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาฟิชชัน และแปลงพลังงานเหล่านั้นให้เป็นความร้อน
• ความร้อนเกิดขึ้นจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีจากผลิตภัณฑ์ฟิสชันและวัสดุที่ถูกกระตุ้นด้วยการดูดซับนิวตรอนแหล่งความร้อนจากการสลายตัวนี้จะยังคงอยู่เป็นระยะเวลาหนึ่งแม้หลังจากปิดเครื่องปฏิกรณ์แล้ว

ยูเรเนียม-235 (U-235) หนึ่งกิโลกรัมที่แปลงผ่านกระบวนการนิวเคลียร์จะปล่อยพลังงานมากกว่าถ่านหินหนึ่งกิโลกรัมที่เผาไหม้แบบดั้งเดิมประมาณสามล้านเท่า (7.2 × 10¹³ ^จูลต่อกิโลกรัมของยูเรเนียม-235 เทียบกับ 2.4 × 10⁷ ^จูลต่อกิโลกรัมของถ่านหิน) ^{[ 23 ] [ 24 ]}

การแตกตัวของยูเรเนียม-235 หนึ่งกิโลกรัม จะปล่อยพลังงานประมาณ 19 พันล้านกิโลแคลอรีดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากยูเรเนียม-235 1 กิโลกรัมจึงเทียบเท่ากับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการเผาถ่านหิน 2.7 ล้านกิโลกรัม

สารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ – โดยปกติคือน้ำ แต่บางครั้งอาจเป็นก๊าซหรือโลหะเหลว (เช่น โซเดียมหรือตะกั่วเหลว) หรือเกลือหลอมเหลว – จะถูกหมุนเวียนผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์เพื่อดูดซับความร้อนที่เกิดขึ้น ความร้อนจะถูกนำออกจากเครื่องปฏิกรณ์และนำไปใช้ในการสร้างไอน้ำ ระบบเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ใช้ระบบระบายความร้อนที่แยกออกจากน้ำที่จะถูกต้มเพื่อผลิตไอน้ำแรงดันสูงสำหรับกังหันเช่นเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงอย่างไรก็ตาม ในเครื่องปฏิกรณ์บางประเภท น้ำสำหรับกังหันไอน้ำจะถูกต้มโดยตรงจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ตัวอย่างเช่นเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด^{[ 25 ]}

อัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันภายในแกนปฏิกรณ์สามารถปรับได้โดยการควบคุมปริมาณนิวตรอนที่สามารถกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันเพิ่มเติมได้ โดยทั่วไปแล้ว ปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะใช้วิธีการควบคุมนิวตรอนหลายวิธีเพื่อปรับกำลังการผลิตของปฏิกรณ์ วิธีการบางอย่างเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติจากหลักฟิสิกส์ของการสลายตัวของกัมมันตรังสีและถูกนำมาพิจารณาในระหว่างการทำงานของปฏิกรณ์ ในขณะที่วิธีการอื่นๆ เป็นกลไกที่ถูกออกแบบไว้ในโครงสร้างของปฏิกรณ์เพื่อวัตถุประสงค์ที่เฉพาะเจาะจง

วิธีที่เร็วที่สุดในการปรับระดับนิวตรอนที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันในเครื่องปฏิกรณ์คือการเคลื่อนย้าย แท่ง ควบคุมแท่งควบคุมทำจากวัสดุที่เรียกว่าสารพิษนิวตรอนดังนั้นจึงดูดซับนิวตรอน เมื่อแท่งควบคุมถูกใส่เข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ลึกขึ้น มันจะดูดซับนิวตรอนมากกว่าวัสดุที่มันแทนที่ ซึ่งมักจะเป็นตัวหน่วงนิวตรอน การกระทำนี้ส่งผลให้มีนิวตรอนน้อยลงที่จะก่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันและลดกำลังการผลิตของเครื่องปฏิกรณ์ ในทางกลับกัน การดึงแท่งควบคุมออกจะส่งผลให้ความถี่ของการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันเพิ่มขึ้นและกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น

ฟิสิกส์ของการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีส่งผลกระทบต่อจำนวนนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์ด้วย กระบวนการหนึ่งคือการปล่อยนิวตรอนแบบหน่วงเวลา โดยไอโซโทปฟิสชันที่มีนิวตรอนมากจำนวนหนึ่ง นิวตรอนแบบหน่วงเวลาเหล่านี้คิดเป็นประมาณ 0.65% ของนิวตรอนทั้งหมดที่ผลิตในปฏิกิริยาฟิสชัน ส่วนที่เหลือ (เรียกว่า " นิวตรอนแบบทันที ") จะถูกปล่อยออกมาทันทีเมื่อเกิดปฏิกิริยาฟิสชัน ผลิตภัณฑ์ฟิสชันที่สร้างนิวตรอนแบบหน่วงเวลามีครึ่งชีวิตสำหรับการสลายตัวโดยการปล่อยนิวตรอนที่แตกต่างกันตั้งแต่ไม่กี่มิลลิวินาทีไปจนถึงหลายนาที ดังนั้นจึงต้องใช้เวลามากพอสมควรในการกำหนดว่าเครื่องปฏิกรณ์ถึง จุด วิกฤต เมื่อใด การรักษาเครื่องปฏิกรณ์ให้อยู่ในโซนปฏิกิริยาลูกโซ่ที่นิวตรอนแบบหน่วงเวลาจำเป็นต่อการบรรลุ สภาวะ มวลวิกฤตช่วยให้อุปกรณ์เชิงกลหรือผู้ควบคุมที่เป็นมนุษย์สามารถควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ใน "เวลาจริง" มิฉะนั้นแล้ว ช่วงเวลาระหว่างการบรรลุภาวะวิกฤตและการหลอมละลายของนิวเคลียร์อันเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของพลังงานแบบทวีคูณจากปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ปกติ จะสั้นเกินไปจนไม่สามารถแทรกแซงได้ ขั้นสุดท้ายนี้ ซึ่งนิวตรอนหน่วงไม่จำเป็นต่อการรักษาภาวะวิกฤตอีกต่อไป เรียกว่า จุด วิกฤตฉับพลันมีมาตราส่วนสำหรับอธิบายภาวะวิกฤตในรูปแบบตัวเลข โดยที่ภาวะวิกฤตขั้นพื้นฐานเรียกว่าศูนย์ดอลลาร์และจุดวิกฤตฉับพลันคือหนึ่งดอลลาร์และจุดอื่นๆ ในกระบวนการจะถูกประมาณค่าเป็นเซนต์

ในเครื่องปฏิกรณ์บางชนิด สารหล่อเย็นยังทำหน้าที่เป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอนด้วย ตัวลดความเร็วจะเพิ่มกำลังของเครื่องปฏิกรณ์โดยทำให้นิวตรอนเร็วที่ปล่อยออกมาจากการแตกตัวของนิวเคลียสสูญเสียพลังงานและกลายเป็นนิวตรอนความร้อนนิวตรอนความร้อนมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการแตกตัวของนิวเคลียสมากกว่านิวตรอนเร็วหากสารหล่อเย็นเป็นตัวลดความเร็ว การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอาจส่งผลต่อความหนาแน่นของสารหล่อเย็น/ตัวลดความเร็ว และดังนั้นจึงเปลี่ยนแปลงกำลังที่ผลิตได้ สารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจะมีความหนาแน่นน้อยกว่า และดังนั้นจึงเป็นตัวลดความเร็วที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า

ในเครื่องปฏิกรณ์อื่นๆ สารหล่อเย็นทำหน้าที่เป็นสารพิษโดยการดูดซับนิวตรอนในลักษณะเดียวกับที่แท่งควบคุมทำ ในเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ สามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้โดยการให้ความร้อนแก่สารหล่อเย็น ซึ่งทำให้สารพิษมีความหนาแน่นน้อยลง โดยทั่วไปแล้ว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะมีระบบอัตโนมัติและระบบแบบแมนนวลเพื่อหยุด การทำงาน ของเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีฉุกเฉิน ระบบเหล่านี้จะใส่สารพิษจำนวนมาก (มักจะเป็นโบรอนในรูปของกรดบอริก ) เข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อหยุดปฏิกิริยาฟิชชันหากตรวจพบหรือคาดการณ์สภาวะที่ไม่ปลอดภัย^{[ 26 ]}

เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์ส่วน ใหญ่มีความไวต่อกระบวนการที่รู้จักกันในชื่อต่างๆ เช่น การเป็นพิษจากซีนอน หรือหลุมไอโอดีนซีนอน-135ซึ่งเป็นผลผลิตจากการแตกตัวของนิวเคลียส ทำหน้าที่เป็นสารพิษต่ออนุภาคนิวตรอน โดยจะดูดซับนิวตรอนและทำให้เครื่องปฏิกรณ์หยุดทำงาน การสะสมของซีนอน-135 สามารถควบคุมได้โดยการรักษาระดับพลังงานให้สูงพอที่จะทำลายมันด้วยการดูดซับนิวตรอนให้เร็วเท่ากับที่มันถูกผลิตขึ้น การแตกตัวของนิวเคลียสยังผลิตไอโอดีน-135ซึ่งจะสลายตัว (โดยมีครึ่งชีวิต 6.57 ชั่วโมง) ไปเป็นซีนอน-135 ใหม่ เมื่อเครื่องปฏิกรณ์หยุดทำงาน ไอโอดีน-135 จะยังคงสลายตัวต่อไปเป็นซีนอน-135 ทำให้การเริ่มต้นเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ทำได้ยากขึ้นในหนึ่งหรือสองวัน เนื่องจากซีนอน-135 จะสลายตัวไปเป็นซีเซียม-135 ซึ่งมีพิษน้อยกว่าซีนอน-135 มาก โดยมีครึ่งชีวิต 9.2 ชั่วโมง สถานะชั่วคราวนี้คือ "หลุมไอโอดีน" หากเครื่องปฏิกรณ์มีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติมเพียงพอ ก็สามารถเริ่มต้นใหม่ได้ เนื่องจากซีนอน-135 ส่วนเกินจะถูกเปลี่ยนเป็นซีนอน-136 ซึ่งเป็นพิษต่อนิวตรอนน้อยกว่ามาก ภายในไม่กี่ชั่วโมง เครื่องปฏิกรณ์จะประสบกับ "การเปลี่ยนแปลงการเผาไหม้ซีนอน (พลังงาน)" ต้องใส่แท่งควบคุมเพิ่มเติมเพื่อทดแทนการดูดซับนิวตรอนของซีนอน-135 ที่หายไป การไม่ปฏิบัติตามขั้นตอนดังกล่าวอย่างถูกต้องเป็นขั้นตอนสำคัญใน ภัย พิบัติเชอร์โนบิล^{[ 27 ]}

เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการขับเคลื่อนเรือด้วยพลังงานนิวเคลียร์ (โดยเฉพาะเรือดำน้ำนิวเคลียร์ ) มักไม่สามารถเดินเครื่องด้วยกำลังไฟฟ้าต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงได้เหมือนกับเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าบนบกทั่วไป และนอกจากนี้ยังมักต้องมีอายุการใช้งานของแกนกลางที่ยาวนานมากโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิงด้วยเหตุนี้ การออกแบบหลายแบบจึงใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง แต่รวมสารพิษนิวตรอนที่เผาไหม้ได้ในแท่งเชื้อเพลิง^{[ 28 ]}ซึ่งทำให้สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์โดยมีวัสดุฟิสชันส่วนเกิน ซึ่งอย่างไรก็ตามมีความปลอดภัยค่อนข้างสูงในช่วงเริ่มต้นของวงจรการเผาไหม้เชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์โดยการมีอยู่ของวัสดุดูดซับนิวตรอน ซึ่งต่อมาจะถูกแทนที่ด้วยสารพิษนิวตรอนที่มีอายุการใช้งานยาวนานที่ผลิตขึ้นตามปกติ (มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าซีนอน-135 มาก) ซึ่งค่อยๆ สะสมตลอดอายุการใช้งานของเชื้อเพลิง

พลังงานที่ปล่อยออกมาในกระบวนการฟิชชันจะสร้างความร้อน ซึ่งบางส่วนสามารถแปลงเป็นพลังงานที่ใช้ได้ วิธีทั่วไปในการนำพลังงานความร้อน นี้มา ใช้คือการใช้มันต้มน้ำเพื่อผลิตไอน้ำที่มีแรงดันสูง ซึ่งจะไปขับเคลื่อนกังหันไอน้ำที่หมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟฟ้า^{[ 26 ]}

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สมัยใหม่โดยทั่วไปได้รับการออกแบบให้มีอายุการใช้งาน 60 ปี ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์รุ่นเก่าถูกสร้างขึ้นโดยมีอายุการใช้งานตามแผน 30-40 ปี แม้ว่าหลายแห่งจะได้รับการปรับปรุงและขยายอายุการใช้งานออกไปอีก 15-20 ปี^{[ 29 ]}บางคนเชื่อว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สามารถใช้งานได้นานถึง 80 ปีหรือนานกว่านั้นหากมีการบำรุงรักษาและการจัดการที่เหมาะสม แม้ว่าส่วนประกอบส่วนใหญ่ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เช่น เครื่องกำเนิดไอน้ำ จะถูกเปลี่ยนเมื่อถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งาน แต่โดยรวมแล้วอายุการใช้งานของโรงไฟฟ้าจะถูกจำกัดด้วยอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่ไม่สามารถเปลี่ยนได้เมื่อเสื่อมสภาพเนื่องจากการสึกหรอและการเปราะตัวจากนิวตรอนเช่น ถังความดันของเครื่องปฏิกรณ์^{[ 30 ]}เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานตามแผน โรงไฟฟ้าอาจได้รับการขยายใบอนุญาตประกอบกิจการออกไปอีกประมาณ 20 ปี และในสหรัฐอเมริกาอาจมีการ "ต่ออายุใบอนุญาตครั้งต่อไป" (SLR) เพิ่มอีก 20 ปี^{[ 31 ] [ 32 ]}

แม้ว่าใบอนุญาตจะได้รับการต่ออายุ แต่ก็ไม่ได้รับประกันว่าเครื่องปฏิกรณ์จะยังคงทำงานต่อไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเผชิญกับข้อกังวลด้านความปลอดภัยหรือเหตุการณ์ต่างๆ เครื่องปฏิกรณ์หลายแห่งถูกปิดตัวลงนานก่อนที่ใบอนุญาตหรืออายุการใช้งานตามที่ออกแบบไว้จะหมดอายุ และถูกปลดระวางค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนหรือปรับปรุงที่จำเป็นสำหรับการทำงานอย่างปลอดภัยอย่างต่อเนื่องอาจสูงมากจนไม่คุ้มค่า หรืออาจถูกปิดตัวลงเนื่องจากความล้มเหลวทางเทคนิค^{[ 33 ]}บางแห่งถูกปิดตัวลงเนื่องจากพื้นที่ปนเปื้อน เช่น ฟุกุชิมะ ทรีไมล์ไอส์แลนด์ เซลลาฟิลด์ และเชอร์โนบิล^{[ 34 ]} ตัวอย่างเช่น สาขาของอังกฤษของบริษัทฝรั่งเศสEDF Energyได้ขยายอายุการใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊สขั้นสูง (AGR) เพียง 3 ถึง 10 ปี^{[ 35 ]} คาด ว่าโรงไฟฟ้า AGR ทั้งเจ็ดแห่งจะถูกปิดตัวลงในปี 2022 และปลดระวางภายในปี 2028 ^{[ 36 ]} โรง ไฟฟ้าฮิงค์ลีย์พอยต์บีได้รับการขยายอายุการใช้งานจาก 40 ปีเป็น 46 ปี และถูกปิดตัวลง เหตุการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นกับHunterston Bเช่นกัน หลังจากผ่านไป 46 ปี

จำนวนเครื่องปฏิกรณ์ที่ใกล้ถึงหรือเกินอายุการใช้งานตามที่ออกแบบไว้ที่ 30 หรือ 40 ปีมีจำนวนเพิ่มมากขึ้น ในปี 2557 กรีนพีซได้เตือนว่าการยืดอายุการใช้งานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เก่าแก่เท่ากับการเข้าสู่ยุคแห่งความเสี่ยงใหม่ โดยประเมินว่าความคุ้มครองความรับผิดทางนิวเคลียร์ของยุโรปในปัจจุบันโดยเฉลี่ยต่ำเกินไปถึง 100 ถึง 1,000 เท่าที่จะครอบคลุมค่าใช้จ่ายที่อาจเกิดขึ้น ในขณะเดียวกัน ความน่าจะเป็นที่จะเกิดอุบัติเหตุร้ายแรงในยุโรปก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อจำนวนเครื่องปฏิกรณ์มีอายุมากขึ้น^{[ 37 ]}

นิวตรอนถูกค้นพบในปี 1932 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเจมส์ แชดวิก แนวคิดของปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่อาศัยนิวตรอนเป็นตัวกลางนั้น เกิดขึ้นครั้งแรกไม่ นานหลังจากนั้น โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฮังการีเลโอ ซิลาร์ดในปี 1933 เขาได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับแนวคิดเครื่องปฏิกรณ์แบบง่ายในปีถัดมา ขณะทำงานอยู่ที่กระทรวงทหารเรือในลอนดอน ประเทศอังกฤษ^{[ 38 ]}อย่างไรก็ตาม แนวคิดของซิลาร์ดไม่ได้รวมเอาแนวคิดของการแตกตัวของนิวเคลียสเป็นแหล่งกำเนิดนิวตรอน เนื่องจากกระบวนการนั้นยังไม่ถูกค้นพบ แนวคิดของซิลาร์ดเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่อาศัยนิวตรอนเป็นตัวกลางในธาตุเบาพิสูจน์แล้วว่าใช้การไม่ได้

แรงบันดาลใจสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใหม่ที่ใช้ยูเรเนียมมาจากการค้นพบของออตโต ฮาห์น , ลิเซ ไมต์เนอร์และฟริตซ์ สตราสส์มันน์ในปี 1938 ที่ว่าการยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน (ซึ่งได้มาจากปฏิกิริยาฟิวชันอัลฟาบนเบริลเลียม หรือ " ปืนใหญ่นิวตรอน ") ทำให้เกิด สารตกค้าง ของแบเรียมซึ่งพวกเขาให้เหตุผลว่าเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียม ในบทความฉบับที่สองเกี่ยวกับการแตกตัวของนิวเคลียสในเดือนกุมภาพันธ์ 1939 ฮาห์นและสตราสส์มันน์ได้ทำนายถึงการมีอยู่และการปลดปล่อยนิวตรอนเพิ่มเติมในระหว่างกระบวนการแตกตัว ซึ่งเปิดโอกาสให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์การศึกษาต่อมาในช่วงต้นปี 1939 (หนึ่งในนั้นโดยซิลาร์ดและเฟอร์มิ) เปิดเผยว่ามีการปล่อยนิวตรอนออกมาหลายตัวในระหว่างการแตกตัว ทำให้เกิดโอกาสสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่ซิลาร์ดได้คาดการณ์ไว้เมื่อหกปีก่อนหน้านั้น

เมื่อวันที่ 2 สิงหาคม ค.ศ. 1939 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้ลงนามในจดหมายถึงประธานาธิบดีแฟรงคลิน ดี. รูสเวลต์ (เขียนโดยซิลาร์ด) โดยเสนอแนะว่าการค้นพบปฏิกิริยาฟิชชันของยูเรเนียมอาจนำไปสู่การพัฒนา "ระเบิดที่มีพลังทำลายล้างสูงมากชนิดใหม่" ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้เกิดการศึกษาเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์และปฏิกิริยาฟิชชัน ซิลาร์ดและไอน์สไตน์รู้จักกันดีและเคยทำงานร่วมกันมาก่อนหลายปี แต่ไอน์สไตน์ไม่เคยคิดถึงความเป็นไปได้ของพลังงานนิวเคลียร์นี้มาก่อน จนกระทั่งซิลาร์ดรายงานเรื่องนี้ให้เขาฟัง ในช่วงเริ่มต้นของการค้นหาหลักฐานเพื่อจัดทำจดหมายไอน์สไตน์-ซิลาร์ดเพื่อแจ้งเตือนรัฐบาลสหรัฐฯ

ไม่นานหลังจากนั้นนาซีเยอรมนีก็บุกโปแลนด์ในปี 1939 ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของสงครามโลกครั้งที่สองในยุโรป สหรัฐอเมริกายังไม่ได้เข้าร่วมสงครามอย่างเป็นทางการ แต่ในเดือนตุลาคม เมื่อจดหมายของไอน์สไตน์และซิลาร์ดถูกส่งถึงรูสเวลต์ เขาได้แสดงความคิดเห็นว่าจุดประสงค์ของการวิจัยคือเพื่อให้แน่ใจว่า "พวกนาซีจะไม่ระเบิดเรา" โครงการนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ จึงเริ่มต้นขึ้น แม้ว่าจะล่าช้าไปบ้างเนื่องจากยังคงมีความสงสัย (บางส่วนมาจากเอนริโก เฟอร์มิ ) และยังมีการดำเนินการเพียงเล็กน้อยจากเจ้าหน้าที่จำนวนน้อยในรัฐบาลที่ได้รับมอบหมายให้ผลักดันโครงการนี้ในตอนแรก

ในปีต่อมา รัฐบาลสหรัฐฯ ได้รับบันทึก Frisch–Peierlsจากสหราชอาณาจักร ซึ่งระบุว่าปริมาณยูเรเนียมที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่นั้นต่ำกว่าที่เคยคิดไว้มาก บันทึกดังกล่าวเป็นผลงานของคณะกรรมการ MAUDซึ่งกำลังทำงานในโครงการระเบิดปรมาณูของสหราชอาณาจักร หรือที่รู้จักกันในชื่อTube Alloysซึ่งต่อมาได้ถูกรวมเข้ากับโครงการแมนฮัตตัน

ในที่สุด เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เทียมเครื่องแรกChicago Pile-1ก็ถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยชิคาโกโดยทีมงานที่นำโดย นักฟิสิกส์ชาว อิตาลี Enrico Fermi ในช่วงปลายปี 1942 ในเวลานั้น โครงการนี้ถูกกดดันมาเป็นเวลาหนึ่งปีเนื่องจากการเข้าร่วมสงครามของสหรัฐฯ Chicago Pile บรรลุสภาวะวิกฤตในวันที่ 2 ธันวาคม 1942 ^{[ 5 ]}เวลา 15:25 น. โครงสร้างรองรับเครื่องปฏิกรณ์ทำจากไม้ ซึ่งรองรับกอง (จึงเป็นที่มาของชื่อ) ของบล็อกกราไฟต์ ซึ่งฝังด้วย 'ทรงกลมเทียม' หรือ 'ก้อน' ยูเรเนียมออกไซด์ธรรมชาติ

หลังจาก Chicago Pile ไม่นานห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จำนวนหนึ่งสำหรับโครงการแมนฮัตตันโดยเริ่มตั้งแต่ปี 1943 วัตถุประสงค์หลักของเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่สุด (ตั้งอยู่ที่ไซต์ Hanfordในวอชิงตัน ) คือการผลิตพลูโทเนียม จำนวนมาก สำหรับอาวุธนิวเคลียร์ เฟอร์มิและซิลาร์ดได้ยื่นขอสิทธิบัตรเครื่องปฏิกรณ์เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม 1944 การออกสิทธิบัตรล่าช้าไป 10 ปีเนื่องจากการรักษาความลับในช่วงสงคราม^{[ 39 ]}

ป้ายที่ไซต์EBR-Iซึ่งปัจจุบันเป็นพิพิธภัณฑ์ใกล้เมืองอาร์โค รัฐไอดาโฮ อ้างว่าเป็น "โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลก" เดิมทีเรียกว่า "Chicago Pile-4" ดำเนินการภายใต้การกำกับดูแลของWalter Zinnสำหรับห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน^{[ 40 ]}เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ LMFBRทดลองนี้ดำเนินการโดยคณะกรรมการพลังงานปรมาณูแห่งสหรัฐอเมริกาผลิตพลังงานได้ 0.8 กิโลวัตต์ในการทดสอบเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2494 ^{[ 41 ]}และ 100 กิโลวัตต์ (ไฟฟ้า) ในวันถัดมา^{[ 42 ]}โดยมีกำลังการผลิตตามการออกแบบที่ 200 กิโลวัตต์ (ไฟฟ้า)

นอกจากการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในทางทหารแล้ว ยังมีเหตุผลทางการเมืองในการแสวงหาการใช้พลังงานปรมาณูเพื่อพลเรือน ประธานาธิบดีดไวต์ ไอเซนฮาวร์ แห่งสหรัฐอเมริกาได้กล่าว สุนทรพจน์เรื่อง "อะตอมเพื่อสันติภาพ " อันโด่งดังต่อที่ประชุมสมัชชาใหญ่แห่งสหประชาชาติเมื่อวันที่ 8 ธันวาคม พ.ศ. 2496 การทูตนี้นำไปสู่การเผยแพร่เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์ไปยังสถาบันต่างๆ ในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลก^{[ 43 ]}

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกที่สร้างขึ้นเพื่อการใช้งานพลเรือนคือ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ AM-1 โอบนินสค์ ซึ่งเปิดใช้งานเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน 1954 ในสหภาพโซเวียต โรงไฟฟ้าแห่งนี้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 5 เมกะวัตต์ สร้างขึ้นหลังจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ F-1ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกที่ทำงานได้ในยุโรป และก็สร้างโดยสหภาพโซเวียตเช่นกัน

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง กองทัพสหรัฐฯ มองหาการใช้งานอื่นๆ สำหรับเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การวิจัยของกองทัพบกนำไปสู่โรงไฟฟ้าสำหรับแคมป์เซ็นจูรีที่กรีนแลนด์ และสถานีแม็กเมอร์โดในแอนตาร์กติกา ( โครงการพลังงานนิวเคลียร์ของกองทัพบก ) โครงการเครื่องบินทิ้งระเบิดนิวเคลียร์ของกองทัพอากาศส่งผลให้เกิดการทดลองเครื่องปฏิกรณ์แบบหลอมเหลว (Molten-Salt Reactor Experiment ) กองทัพเรือสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จเมื่อสามารถขับเคลื่อนเรือดำน้ำยูเอสเอสนอติลัส (SSN-571) ด้วยพลังงานนิวเคลียร์ได้ในวันที่ 17 มกราคม 1955

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์แห่งแรกCalder HallในSellafieldประเทศอังกฤษ เปิดดำเนินการในปี พ.ศ. 2499 ด้วยกำลังการผลิตเริ่มต้น 50 เมกะวัตต์ (ต่อมาเพิ่มเป็น 200 เมกะวัตต์) ^{[ 44 ] [ 45 ]}

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบพกพาเครื่องแรก "Alco PM-2A" ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า (2 เมกะวัตต์) สำหรับแคมป์เซ็นจูรีตั้งแต่ปีพ.ศ. 2503 ถึง พ.ศ. 2506 ^{[ 46 ]}

เครื่องปฏิกรณ์ที่สร้างก่อนปี 1950

ชื่อ	ชื่ออื่น	ประเทศ	ที่ตั้ง	พิธีกร	วันที่วิกฤต
ชิคาโก ไพล์-1	ซีพี-1	สหรัฐอเมริกา	มหาวิทยาลัยชิคาโกรัฐอิลลินอยส์	กราไฟต์	2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 [ 47 ]
ชิคาโก ไพล์-2	ซีพี-2	สหรัฐอเมริกา	ไซต์ Aรัฐอิลลินอยส์	กราไฟต์	20 มีนาคม พ.ศ. 2486 [ 48 ]
เครื่องปฏิกรณ์กราไฟต์โอ๊คริดจ์	X-10, กองคลินตัน	สหรัฐอเมริกา	ห้องปฏิบัติการคลินตันรัฐเทนเนสซี	กราไฟต์	4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2486 [ 48 ]
305 กองทดสอบ[ 49 ]		สหรัฐอเมริกา	แหล่งโบราณสถานแฮนฟอร์ดรัฐวอชิงตัน	กราไฟต์	มีนาคม พ.ศ. 2487 [ 48 ]
ชิคาโก ไพล์-3	ซีพี-3	สหรัฐอเมริกา	ไซต์ Aรัฐอิลลินอยส์	น้ำหนักมาก	15 พฤษภาคม พ.ศ. 2487 [ 50 ]
เครื่องปฏิกรณ์ลอสอลามอส LOPO [ 51 ]	โลโป	สหรัฐอเมริกา	ห้องปฏิบัติการลอสอะลามอสรัฐนิวเม็กซิโก	น้ำใส	9 พฤษภาคม พ.ศ. 2487 [ 52 ]
เครื่องปฏิกรณ์บี		สหรัฐอเมริกา	แหล่งโบราณสถานแฮนฟอร์ดรัฐวอชิงตัน	กราไฟต์	26 กันยายน พ.ศ. 2487 [ 53 ]
หม้อต้มน้ำลอสอะลามอส	ไฮโป	สหรัฐอเมริกา	ห้องปฏิบัติการลอสอะลามอสรัฐนิวเม็กซิโก	น้ำใส	ธันวาคม พ.ศ. 2487 [ 54 ]
เครื่องปฏิกรณ์ D		สหรัฐอเมริกา	แหล่งโบราณสถานแฮนฟอร์ดรัฐวอชิงตัน	กราไฟต์	ธันวาคม พ.ศ. 2487 [ 55 ]
มังกร		สหรัฐอเมริกา	ห้องปฏิบัติการลอสอะลามอสรัฐนิวเม็กซิโก	ไม่มี (เร็ว)	20 มกราคม พ.ศ. 2488 [ 56 ]
เครื่องปฏิกรณ์ F		สหรัฐอเมริกา	แหล่งโบราณสถานแฮนฟอร์ดรัฐวอชิงตัน	กราไฟต์	กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2488 [ 55 ]
ทรีนิตี้การทดสอบนิวเคลียร์ครั้งแรกของสหรัฐฯ					16 กรกฎาคม 2488
กองทดลองพลังงานศูนย์	ซีล	แคนาดา	ห้องปฏิบัติการชอล์กริเวอร์รัฐออนแทรีโอ	น้ำหนักมาก	5 กันยายน พ.ศ. 2488 [ 57 ]
เครื่องปฏิกรณ์เร็วลอสอะลามอส	เคลเมนไทน์	สหรัฐอเมริกา	ห้องปฏิบัติการลอสอะลามอสรัฐนิวเม็กซิโก	ไม่มี (เร็ว)	19 พฤศจิกายน พ.ศ. 2489 [ 58 ]
เอฟ-1		สหภาพโซเวียต	ห้องปฏิบัติการหมายเลข 2กรุงมอสโก	กราไฟต์	25 ธันวาคม พ.ศ. 2489
การวิจัยและการทดลองระดับชาติ	เอ็นอาร์เอ็กซ์	แคนาดา	ห้องปฏิบัติการชอล์กริเวอร์รัฐออนแทรีโอ	น้ำหนักมาก	22 กรกฎาคม พ.ศ. 2490 [ 59 ]
กองทดลองพลังงานต่ำกราไฟต์	เกลี้ยง	สหราชอาณาจักร	สถาบันวิจัยพลังงานปรมาณูออกซ์ฟอร์ดเชียร์	กราไฟต์	15 สิงหาคม พ.ศ. 2490 [ 60 ]
เครื่องปฏิกรณ์ A		สหภาพโซเวียต	สมาคมการผลิตมายัคจังหวัดเชลยาบินสค์	กราไฟต์	10 มิถุนายน พ.ศ. 2491 [ 61 ]
ปฏิบัติการเสาเข็มทดลองของอังกฤษ	บีโป	สหราชอาณาจักร	สถาบันวิจัยพลังงานปรมาณูออกซ์ฟอร์ดเชียร์	กราไฟต์	3 กรกฎาคม พ.ศ. 2491 [ 62 ]
โอ ลูร์ด-1 (น้ำหนักมาก-1)	EL-1, โซเอ	ฝรั่งเศส	ป้อมชาติยงปารีส	น้ำหนักมาก	15 ธันวาคม พ.ศ. 2491 [ 63 ]
หม้อไอน้ำทางกายภาพบนนิวตรอนเร็ว	เอฟเคบีเอ็น	สหภาพโซเวียต	สำนักงานออกแบบหมายเลข 11เมืองซารอฟ	ไม่มี (เร็ว)	1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2492 [ 64 ]
ทีวีอาร์	ทีวีอาร์	สหภาพโซเวียต	ห้องปฏิบัติการหมายเลข 3 กรุงมอสโก	น้ำหนักมาก	เมษายน พ.ศ. 2492 [ 65 ]
RDS-1การทดสอบนิวเคลียร์ครั้งแรกของสหภาพโซเวียต					29 สิงหาคม 2492
เครื่องปฏิกรณ์ H		สหรัฐอเมริกา	แหล่งโบราณสถานแฮนฟอร์ดรัฐวอชิงตัน	กราไฟต์	ตุลาคม พ.ศ. 2492 [ 55 ]

ชนพื้นเมืองกลุ่มแรกที่ดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ประเทศ	เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก	วันที่วิกฤต	เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า	วันที่เชื่อมต่อ
สหรัฐอเมริกา	ซีพี-1	2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 [ 66 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชิปปิ้งพอร์ต	18 ธันวาคม พ.ศ. 2500 [ 67 ]
แคนาดา	ซีล	5 กันยายน พ.ศ. 2488 [ 68 ]	การสาธิตพลังงานนิวเคลียร์	4 มิถุนายน พ.ศ. 2505 [ 69 ]
สหภาพโซเวียต	เอฟ-1	25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 [ 70 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ออบนินสค์	27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 [ 71 ]
สหราชอาณาจักร	เกลี้ยง	15 สิงหาคม พ.ศ. 2490 [ 72 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คาลเดอร์ฮอลล์	27 สิงหาคม พ.ศ. 2499 [ 73 ]
ฝรั่งเศส	EL-1 (โซเอ)	15 ธันวาคม พ.ศ. 2491 [ 74 ]	นิคมอุตสาหกรรมนิวเคลียร์มาร์คูล	22 เมษายน พ.ศ. 2502 [ 75 ]
นอร์เวย์[หมายเหตุ 2 ]	รถจี๊ป	30 กรกฎาคม พ.ศ. 2494 [ 76 ]	ไม่มีการก่อสร้าง	ไม่มีข้อมูล
สวีเดน	อาร์1	13 กรกฎาคม พ.ศ. 2497 [ 77 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อาเกสตา	1 พฤษภาคม พ.ศ. 2507 [ 78 ]
เบลเยียม	บีอาร์1	11 พฤษภาคม พ.ศ. 2499 [ 79 ]	บีอาร์3	10 ตุลาคม พ.ศ. 2505 [ 80 ]
อินเดีย	อัปสรา	4 สิงหาคม พ.ศ. 2499 [ 81 ]	โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ทาราปูร์	1 เมษายน พ.ศ. 2512 [ 82 ]
ญี่ปุ่น	เจอาร์อาร์-1	27 สิงหาคม พ.ศ. 2500	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โทไก	25 กรกฎาคม 2509
เยอรมนีตะวันตก	เอฟอาร์เอ็ม-ไอ	31 ตุลาคม พ.ศ. 2500 [ 83 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คาห์ล	17 มิถุนายน พ.ศ. 2504 [ 84 ]
เยอรมนีตะวันออก	อาร์เอฟอาร์	16 ธันวาคม พ.ศ. 2500 [ 85 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไรน์สเบิร์ก	6 พฤษภาคม พ.ศ. 2509 [ 86 ]
จีน	เอชดับบลิวอาร์อาร์	27 กันยายน พ.ศ. 2501 [ 87 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฉินซาน	15 ธันวาคม พ.ศ. 2534 [ 88 ]
อิตาลี	ไอเอสพีรา-1	20 พฤศจิกายน พ.ศ. 2502 [ 89 ]	โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลาตินา	พฤษภาคม พ.ศ. 2506

•  พลัง: 277 (63.2%)
•  BWR: 80 (18.3%)
•  GCR: 15 (3.4%)
•  PHWR: 49 (11.2%)
•  LWGR: 15 (3.4%)
•  FBR: 2 (0.5%)

จำนวนเครื่องปฏิกรณ์จำแนกตามประเภท (สิ้นปี 2557) ^{[ 90 ]}

•  พลัง: 257.2 (68.3%)
•  BWR: 75.5 (20.1%)
•  GCR: 8.2 (2.2%)
•  PHWR: 24.6 (6.5%)
•  LWGR: 10.2 (2.7%)
•  FBR: 0.6 (0.2%)

กำลังการผลิตไฟฟ้าสุทธิ (GWe) จำแนกตามประเภท (สิ้นปี 2557) ^{[ 90 ]}

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ทั้งหมดใช้หลักการฟิชชันนิวเคลียร์โดยทั่วไปจะใช้ยูเรเนียมและพลูโทเนียม ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากยูเรเนียม เป็นเชื้อเพลิง นิวเคลียร์ แม้ว่าการใช้ธอร์เรียมเป็นเชื้อเพลิงก็เป็นไปได้เช่นกัน เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทใหญ่ๆ ขึ้นอยู่กับพลังงานของนิวตรอนที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิ ชชัน :

• เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนใช้นิวตรอนที่ชะลอความเร็วหรือนิวตรอนความร้อนเพื่อรักษากระบวนการฟิชชันของเชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์ในปัจจุบันเกือบทั้งหมดเป็นประเภทนี้ เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มี วัสดุ ตัวลดความเร็วของนิวตรอนซึ่งจะชะลอความเร็วของนิวตรอนจนกระทั่งอุณหภูมิของนิวตรอนเข้าสู่สภาวะสมดุลความร้อนนั่นคือ จนกระทั่งพลังงานจลน์ ของนิวตรอน เข้าใกล้พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคโดยรอบ นิวตรอนความร้อนมีภาคตัดขวาง (ความน่าจะเป็น) สูงกว่ามากในการทำให้ธาตุยูเรเนียม-235พลูโทเนียม-239และพลูโทเนียม-241 เกิดฟิชชัน และมีความน่าจะเป็นใน การจับนิวตรอนโดยยูเรเนียม-238 (U-238) ค่อนข้างต่ำกว่าเมื่อเทียบกับนิวตรอนที่เร็วกว่าซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการฟิชชันในตอนแรก ทำให้สามารถใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำหรือแม้แต่เชื้อเพลิงยูเรเนียมธรรมชาติ ได้ ตัวลดความเร็วของนิวตรอนมักจะ เป็นสารหล่อเย็น ด้วย โดยปกติจะ เป็นน้ำภายใต้ความดันสูงเพื่อเพิ่มจุดเดือดสิ่งเหล่านี้ถูกล้อมรอบด้วยถังปฏิกรณ์อุปกรณ์สำหรับตรวจสอบและควบคุมปฏิกรณ์ วัสดุป้องกันรังสีและอาคารกักเก็บ
• เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วใช้นิวตรอนเร็วในการทำให้เกิดการแตกตัวในเชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ไม่มีตัวลดความเร็วของนิวตรอนและใช้สารหล่อเย็นที่มีการลดความเร็วของนิวตรอนน้อยกว่า การรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีความเข้มข้นของ วัสดุ ฟิสไซล์ สูงกว่า (ประมาณ 20% หรือมากกว่า) เนื่องจากความน่าจะเป็นของการแตกตัวเมื่อเทียบกับการจับโดย U-238 นั้นค่อนข้างต่ำกว่า เครื่องปฏิกรณ์เร็วมีศักยภาพที่จะผลิต ของเสียท รานส์ยูเรเนียม น้อยลง เนื่องจากแอคติไนด์ ทั้งหมด สามารถแตกตัวได้ด้วยนิวตรอนเร็ว^{[ 91 ]}แต่สร้างยากกว่าและมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานสูงกว่า โดยรวมแล้ว เครื่องปฏิกรณ์เร็วพบได้น้อยกว่าเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ โรงไฟฟ้าบางแห่งในยุคแรกเป็นเครื่องปฏิกรณ์เร็ว เช่นเดียวกับหน่วยขับเคลื่อนทางเรือของรัสเซียบางหน่วย การสร้างต้นแบบยังคงดำเนินต่อไป (ดู เครื่องปฏิกรณ์ แบบเร่งปฏิกิริยาเร็วหรือเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 )

โดยหลักการแล้วพลังงานฟิวชั่นสามารถผลิตได้จากปฏิกิริยาฟิวชั่นนิวเคลียร์ของธาตุต่างๆ เช่น ไอโซโทป ดิวเทเรียมของไฮโดรเจนถึงแม้จะเป็นหัวข้อวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมากมาตั้งแต่ทศวรรษ 1940 เป็นอย่างน้อย แต่ก็ยังไม่มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องด้วยตนเองเพื่อวัตถุประสงค์ใดๆ เลย

ใช้โดยเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน:

• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้กราไฟต์เป็นตัวหน่วง
  • โดยส่วนใหญ่แล้ว เครื่องปฏิกรณ์รุ่นแรกๆ เช่น เครื่องปฏิกรณ์ชิคาโก, โอบนินสค์ แอม 1, วินด์สเกล, อาร์บีเอ็มเค, แมกน็อกซ์ และอื่นๆ เช่น เอจีอาร์ จะใช้กราไฟต์เป็นตัวหน่วงนิวตรอน
• เครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำเป็นตัวหน่วง
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเบา (ใช้ในแคนาดา^{[ 92 ]}อินเดีย อาร์เจนตินา จีน ปากีสถาน โรมาเนีย และเกาหลีใต้) ^{[ 93 ]}
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา (LWRs) เครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา (เครื่องปฏิกรณ์ความร้อนประเภทที่พบมากที่สุด) ใช้น้ำธรรมดาในการควบคุมความเร็วนิวตรอนและระบายความร้อนให้กับเครื่องปฏิกรณ์^{[ 92 ]}เนื่องจากไอโซโทปไฮโดรเจนเบาเป็นพิษต่อนิวตรอนเล็กน้อย เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จึงต้องการเชื้อเพลิงที่เสริมสมรรถนะเทียม เมื่อถึงอุณหภูมิการทำงานหากอุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของน้ำจะลดลง และนิวตรอนที่ผ่านเข้าไปจะช้าลงมากพอที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาต่อไปได้กลไกป้อนกลับเชิงลบ นี้ ช่วยรักษาเสถียรภาพของอัตราการเกิดปฏิกิริยา เครื่องปฏิกรณ์กราไฟต์และน้ำหนักมักจะถูกทำให้ร้อนขึ้นอย่างทั่วถึงมากกว่าเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา เนื่องจากความร้อนที่เพิ่มขึ้น และการไม่มีผลกระทบจากพิษของไฮโดรเจนเบา เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้จึงสามารถใช้ยูเรเนียมธรรมชาติ /เชื้อเพลิงที่ไม่เสริมสมรรถนะได้
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้ธาตุเบาเป็นตัวหน่วงความเร็ว
  • เครื่องปฏิกรณ์แบบใช้เกลือหลอมเหลว (MSR) ถูกควบคุมด้วยธาตุเบา เช่น ลิเธียมหรือเบริลเลียม ซึ่งเป็นส่วนประกอบของเกลือเมทริกซ์ของสารหล่อเย็น/เชื้อเพลิง เช่น"LiF"และ"BeF₂ _" , "LiCl"และ"BeCl₂ _"และเกลืออื่นๆ ที่มีธาตุเบาเป็นส่วนประกอบ ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถทำให้เกิดผลในการควบคุมปฏิกิริยาได้
  • เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ระบายความร้อนด้วยโลหะเหลวเช่น เครื่องปฏิกรณ์ที่มีสารหล่อเย็นเป็นส่วนผสมของตะกั่วและบิสมัท อาจใช้ BeO เป็นตัวหน่วงนิวตรอนได้
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบควบคุมด้วยสารอินทรีย์ (OMR) ใช้ไบฟีนิลและเทอร์ฟีนิลเป็นสารควบคุมและสารหล่อเย็น

• เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำ เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้คิดเป็นสัดส่วนส่วนใหญ่ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้งานอยู่ ณ ปี 2557 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วโลก 93% เป็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ซึ่งคิดเป็นประมาณ 95% ของกำลังการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ทั้งหมดของโลก^{[ 90 ]}
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR) เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของประเทศตะวันตก
    • ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน (PWR) คือ ถังเพิ่มความดัน ซึ่งเป็นภาชนะรับความดันแบบพิเศษ เครื่องปฏิกรณ์ PWR เชิงพาณิชย์และเครื่องปฏิกรณ์ของกองทัพเรือส่วนใหญ่ใช้ถังเพิ่มความดัน ในระหว่างการทำงานปกติ ถังเพิ่มความดันจะบรรจุน้ำเพียงบางส่วน และจะมีฟองไอน้ำอยู่เหนือระดับน้ำโดยการให้ความร้อนแก่น้ำด้วยเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม ในระหว่างการทำงานปกติ ถังเพิ่มความดันจะเชื่อมต่อกับภาชนะรับความดันหลักของเครื่องปฏิกรณ์ (RPV) และ "ฟอง" ในถังเพิ่มความดันจะทำหน้าที่เป็นพื้นที่ขยายตัวสำหรับการเปลี่ยนแปลงปริมาตรน้ำในเครื่องปฏิกรณ์ การจัดเรียงนี้ยังช่วยให้สามารถควบคุมความดันของเครื่องปฏิกรณ์ได้โดยการเพิ่มหรือลดความดันไอน้ำในถังเพิ่มความดันโดยใช้เครื่องทำความร้อนในถังเพิ่มความดัน
    • เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเบาแบบความดันสูงเป็นประเภทย่อยของเครื่องปฏิกรณ์น้ำแบบความดันสูง โดยใช้ระบบถ่ายเทความร้อนแบบแยกส่วนที่มีความดันสูงเช่นเดียวกัน แต่ใช้น้ำหนักเบาเป็นสารหล่อเย็นและตัวหน่วงนิวตรอนเพื่อประสิทธิภาพการผลิตนิวตรอนที่สูงกว่า
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR)
    • เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดมีลักษณะเฉพาะคือน้ำเดือดรอบแท่งเชื้อเพลิงในส่วนล่างของภาชนะความดันเครื่องปฏิกรณ์หลัก เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดใช้²³⁵ U ซึ่งเสริมสมรรถนะเป็นยูเรเนียมไดออกไซด์เป็นเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงถูกประกอบเป็นแท่งที่บรรจุอยู่ในภาชนะเหล็กที่จุ่มอยู่ในน้ำ การแตกตัวของนิวเคลียสทำให้่น้ำเดือดและเกิดไอน้ำ ไอน้ำนี้ไหลผ่านท่อไปยังกังหัน กังหันถูกขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ และกระบวนการนี้สร้างกระแสไฟฟ้า^{[ 94 ]}ในระหว่างการทำงานปกติ ความดันจะถูกควบคุมโดยปริมาณไอน้ำที่ไหลจากภาชนะความดันเครื่องปฏิกรณ์ไปยังกังหัน
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำยิ่งยวด (SCWR)
    • เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แบบ SCWR เป็น แนวคิด เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4ซึ่งทำงานที่ความดันวิกฤตยิ่งยวด และน้ำจะถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นของเหลววิกฤตยิ่งยวด ซึ่งจะไม่เปลี่ยนไปเป็นไอน้ำ แต่มีพฤติกรรมคล้ายไอน้ำอิ่มตัว เพื่อใช้เป็นพลังงานขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไอน้ำ
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำแบบลดการหน่วง (Reduced moderation water reactor [RMWR]) ใช้เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะสูงกว่า โดยจัดวางองค์ประกอบเชื้อเพลิงให้ชิดกันมากขึ้น เพื่อให้ได้สเปกตรัมของนิวตรอนที่เร็วขึ้น ซึ่งบางครั้งเรียกว่า สเปกตรัม ของนิวตรอนเอพิ เทอร์มอล (Epithermal neutron Spectrum)
  • เครื่องปฏิกรณ์แบบพูลสามารถหมายถึงเครื่องปฏิกรณ์แบบพูลเปิด ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ โดย ไม่มีแรงดัน ^{[ 95 ]}แต่ไม่ควรสับสนกับLMFBR แบบพูลซึ่งระบายความร้อนด้วยโซเดียม
  • เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางเครื่องใช้น้ำหนักมากในการระบายความร้อน ซึ่ง น้ำหนักมากนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอนด้วย ตัวอย่างเช่น:
    • เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ CANDUรุ่นแรกๆ(รุ่นหลังๆ ใช้น้ำหนักมากเป็นตัวหน่วงนิวตรอน แต่ใช้น้ำเบาเป็นสารหล่อเย็น)
    • เครื่องปฏิกรณ์วิจัยระดับDIDO
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบระบายความร้อนด้วยโลหะเหลวเนื่องจากน้ำเป็นตัวหน่วงปฏิกิริยา จึงไม่สามารถใช้เป็นสารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วได้ สารหล่อเย็นที่เป็นโลหะเหลวที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่โซเดียมโลหะผสมโซเดียม-โพแทสเซียม (NaK) ตะกั่วตะกั่ว-บิสมัทแบบยูเทคติกและในเครื่องปฏิกรณ์รุ่นแรกๆใช้ ปรอท
  • เครื่องปฏิกรณ์เร็วระบายความร้อนด้วยโซเดียม
  • เครื่องปฏิกรณ์เร็วระบายความร้อนด้วยตะกั่ว
• เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊สจะถูกระบายความร้อนด้วยแก๊สหมุนเวียน ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์มักใช้คาร์บอนไดออกไซด์ ตัวอย่างเช่น ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ AGR ของอังกฤษในปัจจุบัน และในอดีตในโรงไฟฟ้ารุ่นแรกๆ ของอังกฤษ ฝรั่งเศส อิตาลี และญี่ปุ่นหลายแห่งไนโตรเจน^{[ 96 ]}และฮีเลียมก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน โดยฮีเลียมถือว่าเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการออกแบบที่อุณหภูมิสูง การใช้ความร้อนจะแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับเครื่องปฏิกรณ์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์จะส่งแก๊สผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อสร้างไอน้ำสำหรับกังหันไอน้ำ การออกแบบทดลองบางแบบทำงานที่อุณหภูมิสูงมากจนแก๊สสามารถขับเคลื่อนกังหันแก๊สได้โดยตรง
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้เกลือหลอมเหลว (MSR) จะถูกทำให้เย็นลงโดยการหมุนเวียนเกลือหลอมเหลว ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นส่วนผสมยูเทคติกของเกลือฟลูออไรด์ เช่นFLiBeใน MSR ทั่วไป สารหล่อเย็นยังถูกใช้เป็นเมทริกซ์ที่วัสดุฟิสไซล์ละลายอยู่ด้วย ส่วนผสมยูเทคติกของเกลืออื่นๆ ที่ใช้ ได้แก่"ZrF₄ _"กับ " NaF"และ" LiCl"กับ" _BeCl₂ "
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบอินทรีย์ใช้ของเหลวอินทรีย์ เช่น ไบฟีนิลและเทอร์ฟีนิล เป็นสารหล่อเย็นแทนน้ำ

• เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 1 (ต้นแบบแรกๆ เช่นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชิปปิ้งพอร์ตเครื่องปฏิกรณ์วิจัย และเครื่องปฏิกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์)
• เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 2 ( โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน สร้างขึ้นระหว่าง ปี 1965-1996)
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 3 (การพัฒนาต่อยอดจากแบบเดิม ตั้งแต่ปี 1996 ถึง 2016)
• เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ III+ (การพัฒนาต่อยอดจากเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ III ซึ่งนำเสนอการปรับปรุงด้านความปลอดภัยเหนือการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ III 2017–2021) ^{[ 97 ]}
• เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 (เทคโนโลยียังอยู่ระหว่างการพัฒนา วันเริ่มต้นไม่ทราบแน่ชัด ดูด้านล่าง) ^{[ 98 ]}
• เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 5 (แบบจำลองที่ในทางทฤษฎีแล้วเป็นไปได้ แต่ปัจจุบันยังไม่ได้มีการพิจารณาหรือวิจัยอย่างจริงจัง)

ในปี พ.ศ. 2546 องค์การพลังงานปรมาณู^แห่ง ฝรั่งเศส (CEA) เป็นแห่งแรกที่อ้างถึงประเภท "Gen II" ในNucleonics Week [ ^{99 ]}

มีการกล่าวถึง "เจนเนอเรชั่นที่ 3" เป็นครั้งแรกในปี 2000 พร้อมกับการเปิดตัวแผนงานของเวทีการประชุมนานาชาติเจนเนอเรชั่นที่ 4 (GIF)

"Gen IV" ได้รับการตั้งชื่อในปี พ.ศ. 2543 โดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) เพื่อพัฒนาพันธุ์พืชชนิดใหม่^{[ 100 ]}

• ยูเรเนียม
• พลูโตเนียม
• เชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (MOX)
• โลหะผสมยูเรเนียม-พลูโทเนียม
• ^{ธาตุ ท ราน}ยูเรเนียมผสม( เนปทูเนียมพลูโทเนียมอะเมริเซียมคูเรียม) [ ¹⁰¹ ]
• ธอร์เรียม

• เชื้อเพลิงแข็ง
  • เซรามิก
    • ออกไซด์
    • คาร์ไบด์
    • ไนไตรด์
  • โลหะ
• เชื้อเพลิงเหลว
  • เครื่องปฏิกรณ์แบบเนื้อเดียวกันในน้ำ
  • เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว
  • เครื่องปฏิกรณ์โลหะหลอมเหลว (เช่นLAMPRE ) ^{[ 102 ]}
• ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง (ตามทฤษฎี)

• ลูกบาศก์
• ทรงกระบอก
• แปดเหลี่ยม
• ทรงกลม
• แผ่นพื้น
• วงแหวน

• ไฟฟ้า
  • โรงไฟฟ้านิวเคลียร์รวมถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบโมดูลาร์
• ระบบขับเคลื่อน ดูระบบขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์
  • ระบบขับเคลื่อนทางทะเลด้วยพลังงานนิวเคลียร์
  • รูปแบบต่างๆ ของระบบขับเคลื่อนจรวด ที่เสนอไว้
• การใช้ความร้อนในรูปแบบอื่นๆ
  • การแยกเกลือออกจากน้ำ
  • ความร้อนสำหรับใช้ในครัวเรือนและอุตสาหกรรม
  • การผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้ในระบบเศรษฐกิจไฮโดรเจน
• เครื่องปฏิกรณ์สำหรับการผลิตเพื่อการเปลี่ยนแปลงธาตุ
  • เครื่องปฏิกรณ์แบบผลิต เชื้อเพลิง สามารถผลิตวัสดุฟิสไซล์ ได้ มากกว่าที่ใช้ไปในระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิสชัน (โดยการเปลี่ยน U-238 ที่เป็นเชื้อเพลิงให้เป็น Pu-239 หรือ Th-232 ให้เป็น U-233) ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์แบบผลิตเชื้อเพลิงยูเรเนียม เมื่อทำงานแล้ว สามารถเติมเชื้อเพลิงด้วยยูเรเนียมธรรมชาติหรือแม้แต่ ยูเรเนียมที่หมดสภาพแล้วได้ และเครื่องปฏิกรณ์แบบผลิตเชื้อเพลิงทอเรียมสามารถเติมเชื้อเพลิงด้วยทอเรียม ได้ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีวัสดุฟิสไซล์เริ่มต้นอยู่^{[ 103 ]}
  • การสร้าง ไอโซโทปรังสี ต่างๆเช่นอเมริเซียมสำหรับใช้ในเครื่องตรวจจับควันและโคบอลต์-60 โมลิบเดนัม-99 และอื่นๆ ที่ใช้สำหรับการถ่ายภาพและการรักษาทางการแพทย์

    

  • การผลิตวัสดุสำหรับอาวุธนิวเคลียร์เช่นพลูโทเนียมเกรดอาวุธ
• การจัดหาแหล่งกำเนิดรังสีนิวตรอน (ตัวอย่างเช่น ด้วยอุปกรณ์ Godiva แบบพัลส์ ) และรังสีโพซิตรอน (เช่นการวิเคราะห์การกระตุ้นด้วยนิวตรอนและการหาอายุด้วยโพแทสเซียม-อาร์กอน )
• เครื่องปฏิกรณ์วิจัย : โดยทั่วไปคือเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้สำหรับการวิจัยและการฝึกอบรม การทดสอบวัสดุ หรือการผลิตไอโซโทปรังสีสำหรับการแพทย์และอุตสาหกรรม เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าเครื่องปฏิกรณ์ผลิตไฟฟ้าหรือเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ขับเคลื่อนเรือมาก และหลายแห่งตั้งอยู่ในวิทยาเขตของมหาวิทยาลัย มีเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวประมาณ 280 เครื่องที่กำลังดำเนินการอยู่ใน 56 ประเทศ บางแห่งใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง และความพยายามในระดับนานาชาติกำลังดำเนินการเพื่อทดแทนด้วยเชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะต่ำ^{[ 104 ]}

• เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR) [ตัวหน่วงปฏิกิริยา: น้ำแรงดันสูง; สารหล่อเย็น: น้ำแรงดันสูง]

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้ภาชนะรับแรงดันเพื่อบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แท่งควบคุม ตัวหน่วง และสารหล่อเย็น น้ำกัมมันตรังสีร้อนที่ออกจากภาชนะรับแรงดันจะวนผ่านเครื่องกำเนิดไอน้ำ ซึ่งจะให้ความร้อนแก่น้ำในวงจรที่สอง (ที่ไม่เป็นกัมมันตรังสี) จนกลายเป็นไอน้ำที่สามารถขับเคลื่อนกังหันได้^{[ 105 ] [ 106 ]}ณ ปี 2024 เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR) จำนวน 308 เครื่องคิดเป็น 74% ของเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่^{[ 107 ]} นี่คือ การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ นิวตรอนความร้อนซึ่งรุ่นใหม่ล่าสุด ได้แก่VVER-1200 ของรัสเซีย เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงขั้นสูงของญี่ปุ่นAP1000ของสหรัฐอเมริกาเครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูง Hualongของจีน และ เครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูงยุโรปของฝรั่งเศสและเยอรมนี เครื่อง ปฏิกรณ์ของกองทัพเรือสหรัฐอเมริกาทั้งหมดเป็นประเภทนี้^{[ 108 ]}

• เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) [ตัวหน่วงปฏิกิริยา: น้ำแรงดันต่ำ; สารหล่อเย็น: น้ำแรงดันต่ำ]

เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) คล้ายกับเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR) แต่ไม่มีเครื่องกำเนิดไอน้ำ ความดันน้ำหล่อเย็นที่ต่ำกว่าทำให้สามารถเดือดภายในถังความดัน เกิดเป็นไอน้ำที่ใช้ขับเคลื่อนกังหัน ต่างจาก PWR ตรงที่ไม่มีวงจรหลักและวงจรรองประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จึงสูงกว่า และมีความเรียบง่ายกว่า รวมถึงอาจมีความเสถียรและปลอดภัยกว่าด้วย นี่คือการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน ซึ่งรุ่นใหม่ล่าสุดคือ เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดขั้นสูง (Advanced Boiling Water Reactor)และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดแบบง่ายเชิงเศรษฐกิจ (Economic Simplified Boiling Water Reactor )

• เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเบาแรงดันสูง (PHWR) [ตัวหน่วง: น้ำหนักเบาแรงดันสูง; สารหล่อเย็น: น้ำหนักเบาแรงดันสูง]

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ PHWR (PHWR) เป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ออกแบบโดยชาวแคนาดา (เรียกว่าCANDU ) คล้ายกับเครื่องปฏิกรณ์แบบ PWR มาก แต่ใช้ น้ำหนักมาก ( heavy water ) แทน แม้ว่าน้ำหนักมากจะมีราคาแพงกว่าน้ำธรรมดามาก แต่มี ประสิทธิภาพในการผลิต นิวตรอนสูงกว่า (สร้างนิวตรอนความร้อนได้มากกว่า) ทำให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีโรงงานเสริมสมรรถนะเชื้อเพลิงแทนที่จะใช้ถังความดันขนาดใหญ่เพียงถังเดียวเหมือนในเครื่องปฏิกรณ์แบบ PWR เชื้อเพลิงจะถูกบรรจุอยู่ในท่อความดันหลายร้อยท่อ เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้ยูเรเนียม ธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง และเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบนิวตรอนความร้อน PHWR สามารถเติมเชื้อเพลิงได้ในขณะที่ทำงานเต็มกำลัง ( การเติมเชื้อเพลิงแบบออนไลน์ ) ซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพในการใช้ยูเรเนียมสูงมาก ( ช่วยให้สามารถควบคุมฟลักซ์ในแกนกลางได้อย่างแม่นยำ) เครื่องปฏิกรณ์ CANDU PHWR ได้ถูกสร้างขึ้นในแคนาดาอาร์เจนตินาจีนอินเดียปากีสถานโรมาเนียและเกาหลีใต้อินเดียยังดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ PHWR จำนวนหนึ่ง ซึ่งมักเรียกว่า 'อนุพันธ์ของ CANDU' ที่สร้างขึ้นหลังจากรัฐบาลแคนาดาหยุดการทำธุรกรรมนิวเคลียร์กับอินเดียภายหลังการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์"พระพุทธรูปยิ้ม" ในปี 1974

• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบช่องพลังงานสูง (Reaktor Bolshoy Moschnosti Kanalniy) ( RBMK ) (หรือที่รู้จักกันในชื่อ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำเบาที่ใช้กราไฟต์เป็นตัวหน่วงนิวตรอน—LWGR) [ตัวหน่วงนิวตรอน: กราไฟต์; สารหล่อเย็น: น้ำแรงดันสูง]

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ RBMK ซึ่งออกแบบโดยสหภาพโซเวียต มีลักษณะคล้ายคลึงกับ CANDU ในบางแง่มุม คือ สามารถเติมเชื้อเพลิงได้ในระหว่างการใช้งาน และใช้การออกแบบท่อแรงดันแทนที่จะเป็นถังแรงดันแบบ PWR อย่างไรก็ตาม ต่างจาก CANDU ตรงที่ RBMK ไม่เสถียรและมีขนาดใหญ่ ทำให้การสร้างอาคารกักเก็บมีราคาแพง นอกจากนี้ยังมีการระบุข้อบกพร่องด้านความปลอดภัยที่สำคัญหลายประการในแบบของ RBMK แม้ว่าบางส่วนจะได้รับการแก้ไขแล้วหลังภัยพิบัติเชอร์โนบิลจุดเด่นหลักของ RBMK คือการใช้น้ำเบาและยูเรเนียมที่ไม่เสริมสมรรถนะ ณ ปี 2024 ยังคงมีเครื่องปฏิกรณ์ RBMK เปิดใช้งานอยู่ 7 เครื่อง ส่วนใหญ่เป็นเพราะการปรับปรุงด้านความปลอดภัยและความช่วยเหลือจากหน่วยงานด้านความปลอดภัยระหว่างประเทศ เช่น กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา แม้จะมีการปรับปรุงด้านความปลอดภัยเหล่านี้แล้ว เครื่องปฏิกรณ์ RBMK ก็ยังคงถูกพิจารณาว่าเป็นหนึ่งในแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่อันตรายที่สุดที่ใช้งานอยู่ เครื่องปฏิกรณ์ RBMK ถูกนำไปใช้เฉพาะในอดีตสหภาพโซเวียตเท่านั้น

• เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊ส (GCR) และเครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊สขั้นสูง (AGR) [ตัวหน่วงนิวตรอน: กราไฟต์; สารหล่อเย็น: คาร์บอนไดออกไซด์]

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนี้มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำอัดความดัน (PWR) เนื่องจากมีอุณหภูมิการทำงานที่สูงกว่า ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์แบบนี้ที่ใช้งานอยู่หลายเครื่อง ส่วนใหญ่อยู่ในสหราชอาณาจักร ซึ่งเป็นที่ที่แนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาขึ้น เครื่องปฏิกรณ์แบบเก่า (เช่น โรงไฟฟ้า แมกน็อกซ์) บางเครื่องถูกปิดใช้งานไปแล้ว หรือบางเครื่องก็จะถูกปิดใช้งานในอนาคตอันใกล้ อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์แบบ AGR มีอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้อีก 10 ถึง 20 ปี เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้เป็นแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน ค่าใช้จ่ายในการรื้อถอนอาจสูงเนื่องจากปริมาตรของแกนเครื่องปฏิกรณ์มีขนาดใหญ่

• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเร่งปฏิกิริยาเร็วด้วยโลหะเหลว (LMFBR) [ตัวควบคุม: ไม่มี; สารหล่อเย็น: โลหะเหลว]

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนี้ที่ไม่มีตัวหน่วงใดๆ ผลิตเชื้อเพลิงได้มากกว่าที่ใช้ไป กล่าวกันว่าเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ "ผลิต" เชื้อเพลิงได้ เพราะมันผลิตเชื้อเพลิงที่สามารถแตกตัวได้ในระหว่างการทำงานเนื่องจากการจับนิวตรอนเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพคล้ายกับเครื่องปฏิกรณ์น้ำอัดความดัน (PWR) และไม่ต้องการการกักเก็บแรงดันสูงมากนัก เนื่องจากโลหะเหลวไม่จำเป็นต้องรักษาแรงดันสูง แม้ในอุณหภูมิสูงมาก เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้เป็น แบบ นิวตรอนเร็วไม่ใช่แบบนิวตรอนความร้อน เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีสองประเภท:

ระบายความร้อนด้วยตะกั่ว

การใช้ตะกั่วเป็นโลหะเหลวช่วยป้องกันรังสีได้ดีเยี่ยม และช่วยให้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงมาก นอกจากนี้ ตะกั่ว (ส่วนใหญ่) โปร่งใสต่ออนุภาคนิวตรอน ดังนั้นจึงสูญเสียอนุภาคนิวตรอนในสารหล่อเย็นน้อยลง และสารหล่อเย็นจะไม่กลายเป็นสารกัมมันตรังสี ต่างจากโซเดียม ตะกั่วส่วนใหญ่เป็นสารเฉื่อย ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงต่อการระเบิดหรืออุบัติเหตุน้อยกว่า แต่ตะกั่วในปริมาณมากอาจก่อให้เกิดปัญหาในแง่ของพิษวิทยาและการกำจัด โดยทั่วไปแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้จะใช้ ส่วนผสม ยูเทคติกของตะกั่วและบิสมัทในกรณีนี้ บิสมัทจะก่อให้เกิดปัญหาด้านรังสีเล็กน้อย เนื่องจากมันไม่โปร่งใสต่ออนุภาคนิวตรอนมากนัก และสามารถเปลี่ยนไปเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีได้ง่ายกว่าตะกั่วเรือดำน้ำชั้นอัลฟา ของรัสเซีย ใช้เครื่องปฏิกรณ์เร็วที่หล่อเย็นด้วยตะกั่ว-บิสมัทเป็นโรงไฟฟ้าหลัก

ระบายความร้อนด้วยโซเดียม

เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์แบบ LMFBR ส่วนใหญ่เป็นประเภทนี้ เช่นTOPAZ , BN-350และBN-600ในสหภาพโซเวียต, Superphénixในฝรั่งเศส และFermi-Iในสหรัฐอเมริกา โซเดียมหาได้ง่ายและใช้งานได้ง่าย อีกทั้งยังช่วยป้องกันการกัดกร่อนของชิ้นส่วนต่างๆ ในเครื่องปฏิกรณ์ที่แช่อยู่ในนั้นได้ อย่างไรก็ตาม โซเดียมจะระเบิดอย่างรุนแรงเมื่อสัมผัสกับน้ำ ดังนั้นจึงต้องระมัดระวัง แต่การระเบิดดังกล่าวจะไม่รุนแรงไปกว่า (ตัวอย่างเช่น) การรั่วไหลของของเหลวที่ร้อนจัดจากเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง เครื่องปฏิกรณ์มอนจูในญี่ปุ่นประสบปัญหาการรั่วไหลของโซเดียมในปี 1995 และไม่สามารถเริ่มเดินเครื่องใหม่ได้จนถึงเดือนพฤษภาคม 2010 ส่วนEBR-Iซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกที่เกิดการหลอมละลายของแกนกลางในปี 1955 ก็เป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยโซเดียมเช่นกัน

• เครื่องปฏิกรณ์แบบใช้กรวด (PBR) [ตัวหน่วงปฏิกิริยา: กราไฟต์; สารหล่อเย็น: ฮีเลียม]

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้เชื้อเพลิงที่ขึ้นรูปเป็นลูกบอลเซรามิก จากนั้นจึงหมุนเวียนก๊าซผ่านลูกบอลเหล่านั้น ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องปฏิกรณ์ที่มีประสิทธิภาพ บำรุงรักษาน้อย ปลอดภัยมาก และใช้เชื้อเพลิงราคาไม่แพงและได้มาตรฐาน ต้นแบบคือAVRและTHTR-300ในเยอรมนี ซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากถึง 308 เมกะวัตต์ระหว่างปี 1985 ถึง 1989 จนกระทั่งถูกปิดตัวลงหลังจากประสบกับเหตุการณ์และปัญหาทางเทคนิคหลายครั้ง ปัจจุบันHTR-10กำลังใช้งานอยู่ในประเทศจีน ซึ่งกำลังมีการพัฒนาHTR-PM อยู่ คาดว่า HTR-PM จะเป็นเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 เครื่องแรกที่จะเริ่มใช้งาน ^{[ 109 ]}

• เครื่องปฏิกรณ์แบบใช้เกลือหลอมเหลว (MSR) [ตัวหน่วงนิวตรอน: กราไฟต์ หรือไม่มีเลยสำหรับ MSR ที่มีสเปกตรัมความเร็วสูง; สารหล่อเย็น: ส่วนผสมของเกลือหลอมเหลว]

เครื่องปฏิกรณ์แบบหลอมเหลว (MSR) จะละลายเชื้อเพลิงใน เกลือ ฟลูออไรด์หรือคลอไรด์หรือใช้เกลือดังกล่าวเป็นสารหล่อเย็น MSR มีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยหลายประการ รวมถึงการไม่มีแรงดันสูงหรือส่วนประกอบที่ติดไฟได้ง่ายในแกนกลาง เดิมทีเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องบิน เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและมีความหนาแน่นของพลังงานสูง ต้นแบบหนึ่งคือ การทดลองเครื่องปฏิกรณ์แบบ หลอมเหลว (Molten-Salt Reactor Experiment ) ถูกสร้างขึ้นเพื่อยืนยันความเป็นไปได้ของเครื่องปฏิกรณ์ทอเรียมฟลูออไรด์เหลวซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์สเปกตรัมความร้อนที่จะผลิตเชื้อเพลิงยูเรเนียม-233 ที่แตกตัวได้จากทอเรียม

• เครื่องปฏิกรณ์เอกพันธ์ในสารละลายน้ำ (AHR) [ตัวหน่วงปฏิกิริยา: น้ำเบาหรือน้ำหนักมากที่มีแรงดันสูง; สารหล่อเย็น: น้ำเบาหรือน้ำหนักมากที่มีแรงดันสูง]

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้เกลือนิวเคลียร์ที่ละลายได้ (โดยปกติคือยูเรเนียมซัลเฟตหรือยูเรเนียมไนเตรต ) ละลายในน้ำเป็นเชื้อเพลิง และผสมกับสารหล่อเย็นและตัวหน่วงนิวตรอน ณ เดือนเมษายน พ.ศ. 2549 มีเครื่องปฏิกรณ์ AHR เพียง 5 เครื่องที่กำลังดำเนินการอยู่^{[ 110 ]}

มีการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงมากกว่าสิบแบบที่อยู่ในขั้นตอนการพัฒนาต่างๆ^{[ 111 ]}บางแบบเป็นการพัฒนาต่อยอดจาก การออกแบบ PWR , BWRและPHWRข้างต้น และบางแบบเป็นการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงกว่า แบบแรกได้แก่เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดขั้นสูง (ABWR) ซึ่งปัจจุบันมีการใช้งานอยู่สองเครื่อง และกำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้างอีกหลายเครื่อง รวมถึงเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดแบบง่ายทางเศรษฐกิจที่ปลอดภัยแบบ พาสซีฟ (ESBWR) และ หน่วย AP1000 ที่วางแผนไว้ (ดูโครงการพลังงานนิวเคลียร์ 2010 )

• เครื่องปฏิกรณ์เร็วแบบบูรณาการ (IFR) ถูกสร้าง ทดสอบ และประเมินผลในช่วงทศวรรษ 1980 และถูกปลดระวางในสมัยรัฐบาลคลินตันในช่วงทศวรรษ 1990 อันเนื่องมาจากนโยบายการไม่แพร่กระจายอาวุธนิวเคลียร์ของรัฐบาล การรีไซเคิลเชื้อเพลิงใช้แล้วเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบ ดังนั้นจึงก่อให้เกิดของเสียเพียงเศษเสี้ยวของของเสียจากเครื่องปฏิกรณ์ในปัจจุบัน^{[ 112 ]}
• เครื่องปฏิกรณ์แบบก้อนกรวด (Pebble-bed reactor ) ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง (HTGCR) ถูกออกแบบมาเพื่อให้อุณหภูมิสูงลดกำลังการผลิตลงโดยการขยายตัวแบบดอปเปลอร์ของภาคตัดขวางนิวตรอนของเชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้ใช้เชื้อเพลิงเซรามิก ดังนั้นอุณหภูมิการทำงานที่ปลอดภัยจึงสูงกว่าช่วงอุณหภูมิที่กำลังการผลิตลดลง การออกแบบส่วนใหญ่ใช้ฮีเลียมเฉื่อยในการระบายความร้อน ฮีเลียมไม่ก่อให้เกิดการระเบิดจากไอน้ำ ต้านทานการดูดซับนิวตรอนที่นำไปสู่การแผ่รังสี และไม่ละลายสารปนเปื้อนที่อาจกลายเป็นกัมมันตรังสี การออกแบบทั่วไปมีชั้นกักเก็บแบบพาสซีฟมากกว่า (สูงสุด 7 ชั้น) เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา (โดยปกติมี 3 ชั้น) คุณลักษณะเฉพาะที่อาจช่วยเพิ่มความปลอดภัยคือ ก้อนเชื้อเพลิงเป็นส่วนประกอบหลักของกลไกแกนกลาง และจะถูกเปลี่ยนทีละก้อนเมื่อเสื่อมสภาพ การออกแบบเชื้อเพลิงทำให้การแปรรูปเชื้อเพลิงมีราคาแพง
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบปิดผนึก เคลื่อนย้ายได้ และทำงานได้เองโดยอัตโนมัติ (SSTAR) กำลังได้รับการวิจัยและพัฒนาเป็นหลักในสหรัฐอเมริกา โดยมีจุดประสงค์เพื่อเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบเร่งปฏิกิริยาเร็วที่มีความปลอดภัยเชิงรับ และสามารถปิดการทำงานจากระยะไกลได้ในกรณีที่มีข้อสงสัยว่ามีการดัดแปลงแก้ไข
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงที่สะอาดและปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม (CAESAR) เป็นแนวคิดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ไอน้ำเป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอน – การออกแบบนี้อยู่ระหว่างการพัฒนา
• เครื่องปฏิกรณ์น้ำแบบลดตัวหน่วง (Reduced Moderation Water Reactor)พัฒนาต่อยอดมาจากเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดขั้นสูง (Advanced Boiling Water Reactor: ABWR) ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน มันไม่ใช่เครื่องปฏิกรณ์เร็วโดยสมบูรณ์ แต่ใช้ส่วนใหญ่เป็นนิวตรอนเอพิเทอร์มอลซึ่งมีความเร็วอยู่ระหว่างนิวตรอนความร้อนและนิวตรอนเร็ว
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบควบคุมตัวเองโดยใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวหน่วง (HPM) เป็นแบบจำลองเครื่องปฏิกรณ์ที่พัฒนาขึ้นจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลาโมสโดยใช้ยูเรเนียมไฮไดรด์เป็นเชื้อเพลิง
• เครื่องปฏิกรณ์แบบซับคริติคอลได้รับการออกแบบให้มีความปลอดภัยและเสถียรมากขึ้น แต่ก็มีปัญหาด้านวิศวกรรมและเศรษฐกิจอยู่หลายประการ ตัวอย่างหนึ่งคือเครื่องขยายพลังงาน
• เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ธอร์เรียม – สามารถแปลงธอร์เรียม-232 เป็นยูเรเนียม-233 ได้ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อจุดประสงค์นี้ ด้วยวิธีนี้ ธอร์เรียมซึ่งมีปริมาณมากกว่ายูเรเนียมถึงสี่เท่า สามารถนำมาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยูเรเนียม-233 ได้^{[ 113 ]}เชื่อกันว่ายูเรเนียม-233 มีคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับยูเรเนียม-235 ที่ใช้กันทั่วไป รวมถึงประสิทธิภาพการใช้นิวตรอนที่ดีกว่า และการผลิตกากกัมมันตรังสีทรานส์ยูเรเนียมที่มีอายุยืนยาวน้อยกว่า
  • เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเบาขั้นสูง (AHWR) – เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้น้ำหนักเบาเป็นตัวหน่วงนิวตรอนที่เสนอขึ้นมา ซึ่งจะเป็นแบบจำลองรุ่นต่อไปของเครื่องปฏิกรณ์แบบ PHWR กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนาที่ศูนย์วิจัยปรมาณูบับฮา (BARC) ประเทศอินเดีย
  • คามินี – เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว โดยใช้ไอโซโทปยูเรเนียม-233 เป็นเชื้อเพลิง สร้างขึ้นในอินเดียโดยBARCและศูนย์วิจัยปรมาณูอินทิรา แกนธี ( IGCAR )
  • อินเดียกำลังวางแผนที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบเร่งปฏิกิริยาเร็วโดยใช้เชื้อเพลิงทอเรียม-ยูเรเนียม-233 เครื่องปฏิกรณ์ทดสอบแบบเร่งปฏิกิริยาเร็ว (FBTR) ที่กำลังใช้งานอยู่ที่กัลปักกัม (อินเดีย) ใช้พลูโทเนียมเป็นเชื้อเพลิงและโซเดียมเหลวเป็นสารหล่อเย็น
  • จีนซึ่งควบคุม แหล่งแร่ เซร์โรอิมแพคโตมีเครื่องปฏิกรณ์และหวังที่จะเปลี่ยนพลังงานถ่านหินเป็นพลังงานนิวเคลียร์^{[ 114 ]}

Rolls-Royce ตั้งเป้าที่จะขายเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์สำหรับเครื่องบิน^{[ 115 ]}

เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4เป็นชุดของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงทฤษฎี โดยทั่วไปแล้วคาดว่าจะยังไม่พร้อมใช้งานเชิงพาณิชย์ก่อนปี 2040–2050 ^{[ 116 ]}แม้ว่าสมาคมนิวเคลียร์โลกจะแนะนำว่าบางส่วนอาจเริ่มดำเนินการเชิงพาณิชย์ก่อนปี 2030 ก็ตาม^{[ 98 ]}เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบันทั่วโลกโดยทั่วไปถือว่าเป็นระบบรุ่นที่สองหรือรุ่นที่สาม โดยระบบรุ่นแรกได้ถูกปลดระวางไปนานแล้ว การวิจัยเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้เริ่มต้นอย่างเป็นทางการโดย Generation IV International Forum (GIF) โดยมีเป้าหมายทางเทคโนโลยีแปดประการ เป้าหมายหลักคือการปรับปรุงความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ ปรับปรุงความต้านทานต่อการแพร่กระจาย ลดของเสียและการใช้ทรัพยากรธรรมชาติให้น้อยที่สุด และลดต้นทุนในการสร้างและดำเนินงานโรงงานดังกล่าว^{[ 117 ]}

• เครื่องปฏิกรณ์เร็วระบายความร้อนด้วยแก๊ส
• เครื่องปฏิกรณ์เร็วระบายความร้อนด้วยตะกั่ว
• เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว
• เครื่องปฏิกรณ์เร็วระบายความร้อนด้วยโซเดียม
• เครื่องปฏิกรณ์น้ำยวดยิ่ง
• เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงมาก

เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 5 เป็นแบบจำลองที่ในทางทฤษฎีแล้วสามารถสร้างได้ แต่ในปัจจุบันยังไม่มีการพิจารณาหรือวิจัยอย่างจริงจัง แม้ว่าเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 5 บางแบบอาจสร้างได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันหรือในอนาคตอันใกล้ แต่ก็ไม่ค่อยได้รับความสนใจมากนักด้วยเหตุผลด้านเศรษฐกิจ ความเป็นไปได้ หรือความปลอดภัย

• เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์แบบแกนเหลว เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแกนเหลวแบบวงปิดซึ่งวัสดุฟิสไซล์คือยูเรเนียมหลอมเหลวหรือสารละลายยูเรเนียมที่ถูกทำให้เย็นลงด้วยก๊าซทำงานที่สูบเข้าไปผ่านรูที่ฐานของภาชนะบรรจุ
• เครื่องปฏิกรณ์แบบแกนแก๊ส เป็นระบบวงปิด ที่คล้ายกับ จรวดหลอดไฟนิวเคลียร์โดยใช้ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ในรูปแก๊สบรรจุอยู่ในภาชนะซิลิกาหลอมเหลว แก๊สทำงาน (เช่น ไฮโดรเจน) จะไหลเวียนรอบภาชนะนี้และดูดซับแสงยูวีที่เกิดจากปฏิกิริยา การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบนี้ยังสามารถใช้งานเป็นเครื่องยนต์จรวด ได้ ดังที่ปรากฏในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องSkyfall ของแฮร์รี่ แฮร์ริสัน ในปี 1976 ในทางทฤษฎี การใช้ UF6 _เป็นเชื้อเพลิงทำงานโดยตรง (แทนที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงขั้นที่สองอย่างที่ทำกันอยู่ในปัจจุบัน) จะทำให้ต้นทุนการผลิตต่ำลง และเครื่องปฏิกรณ์มีขนาดเล็กมาก ในทางปฏิบัติ การเดินเครื่องปฏิกรณ์ที่ความหนาแน่นพลังงานสูงเช่นนี้ อาจทำให้เกิดฟลักซ์นิวตรอน ที่ควบคุมไม่ได้ ซึ่งจะทำให้ วัสดุของเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่เสื่อมสภาพดังนั้น เนื่องจากฟลักซ์จะคล้ายกับที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่คล้ายกับที่เลือกโดยInternational Fusion Materials Irradiation Facility
  • เครื่องปฏิกรณ์ EM แกนแก๊ส เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์แกนแก๊ส แต่ใช้ แผง เซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสง UVเป็นไฟฟ้าโดยตรง^{[ 118 ]}แนวทางนี้คล้ายกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลอง ซึ่งจะแปลงรังสีเอกซ์ที่เกิดจากการหลอมรวมนิวตรอนเป็นไฟฟ้า โดยการส่งผ่านโฟตอนพลังงานสูงผ่านแผงฟอยล์ตัวนำเพื่อถ่ายโอนพลังงานบางส่วนไปยังอิเล็กตรอน พลังงานของโฟตอนจะถูกจับด้วยไฟฟ้าสถิต คล้ายกับตัวเก็บประจุเนื่องจากรังสีเอกซ์สามารถทะลุผ่านวัสดุที่มีความหนามากกว่าอิเล็กตรอนมาก จึงต้องใช้วัสดุหลายร้อยหรือหลายพันชั้นเพื่อดูดซับรังสีเอกซ์^{[ 119 ]}
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบฟิชชันแฟรกเมนต์ คือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการลดความเร็วของลำไอออนที่เป็นผลพลอยได้จากฟิชชัน แทนที่จะใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์เพื่อสร้างความร้อน ด้วยวิธีนี้ จึงหลีกเลี่ยงวัฏจักรคาร์โนต์และสามารถบรรลุประสิทธิภาพได้สูงถึง 90% แทนที่จะเป็น 40-45% ที่ทำได้โดยเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนแบบใช้กังหันที่มีประสิทธิภาพสูง ลำไอออนของฟิชชันแฟรกเมนต์จะถูกส่งผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
• การหลอมรวมนิวเคลียร์แบบไฮบริด จะใช้นิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากการหลอมรวมนิวเคลียร์เพื่อแยกนิวเคลียสของวัสดุที่สามารถ เปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้ เช่นยูเรเนียม-238หรือธอร์เรียม-232และเปลี่ยนเชื้อเพลิง นิวเคลียร์ใช้แล้ว/กากกัมมันตรังสี จากเครื่องปฏิกรณ์อื่น ให้กลาย เป็นไอโซโทปที่มีความปลอดภัยกว่า

โดยหลักการแล้ว การควบคุมปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์สามารถนำมาใช้ใน โรง ไฟฟ้าฟิวชันเพื่อผลิตพลังงานได้โดยไม่ต้องยุ่งยากกับการจัดการธาตุแอคติไนด์แต่ยังคงมีอุปสรรคทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคที่สำคัญอยู่ แม้ว่าการวิจัยจะเริ่มต้นขึ้นในทศวรรษ 1950 แล้ว แต่ก็คาดว่าจะไม่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเชิงพาณิชย์ใด ๆ เกิดขึ้นก่อนปี 2050 โครงการ ITERกำลังเป็นผู้นำความพยายามในการควบคุมพลังงานฟิวชันในปัจจุบัน

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ความร้อนจะใช้ยูเรเนียมที่ผ่านการกลั่นและเสริมสมรรถนะแล้วเป็นเชื้อเพลิงหลัก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางชนิดสามารถทำงานได้โดยใช้ส่วนผสมของพลูโทเนียมและยูเรเนียม (ดูMOX ) กระบวนการที่แร่ยูเรเนียมถูกขุด แปรรูป เสริมสมรรถนะ นำไปใช้ อาจนำกลับมาแปรรูปใหม่และกำจัดทิ้ง เรียกว่าวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ยูเรเนียมในธรรมชาติมีไอโซโทป U-235 ที่แตกตัวได้ง่ายอยู่ไม่ถึง 1% ดังนั้นการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่จึงต้องใช้เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะ การเสริมสมรรถนะเกี่ยวข้องกับการเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของ U-235 และมักทำโดยวิธีการแพร่กระจายก๊าซหรือเครื่องเหวี่ยงแยกก๊าซจากนั้นผลลัพธ์ที่ได้จะถูกแปลงเป็น ผง ยูเรเนียมไดออกไซด์ซึ่งจะถูกอัดและเผาเป็นรูปเม็ด เม็ดเหล่านี้จะถูกเรียงซ้อนกันในท่อแล้วปิดผนึกเรียกว่าแท่งเชื้อเพลิงแท่งเชื้อเพลิงจำนวนมากถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แต่ละเครื่อง

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์แบบ BWR และ PWR ส่วนใหญ่ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะประมาณ 4% U-235 และเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์บางเครื่องที่มีประสิทธิภาพนิวตรอน สูง ไม่จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะเลย (นั่นคือ สามารถใช้ยูเรเนียมธรรมชาติได้) ตามข้อมูลขององค์การพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศมีเครื่องปฏิกรณ์วิจัย อย่างน้อย 100 เครื่อง ทั่วโลกที่ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (ระดับอาวุธ/เสริมสมรรถนะ 90%) เป็นเชื้อเพลิง ความเสี่ยงจากการขโมยเชื้อเพลิงนี้ (ซึ่งอาจนำไปใช้ในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์) ทำให้เกิดการรณรงค์สนับสนุนการเปลี่ยนเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ไปใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ (ซึ่งก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อการแพร่กระจายอาวุธนิวเคลียร์น้อยกว่า) ^{[ 120 ]}

ยูเรเนียม -235 (U-235) ที่สามารถแตกตัวได้เอง และยูเรเนียม -238 (U-238) ที่ไม่สามารถแตกตัวได้เองแต่ สามารถแตกตัวได้และเป็นเชื้อเพลิงได้ ต่างก็ถูกนำมาใช้ในกระบวนการแตกตัวของนิวเคลียส ยูเรเนียม-235 สามารถแตกตัวได้ด้วยนิวตรอนความร้อน (เช่น นิวตรอนที่เคลื่อนที่ช้า) นิวตรอนความร้อนคือนิวตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณเดียวกับอะตอมรอบข้าง เนื่องจากอะตอมทุกตัวสั่นด้วยสัดส่วนกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมัน นิวตรอนความร้อนจึงมีโอกาสที่ดีที่สุดที่จะแตกตัวยูเรเนียม-235 เมื่อมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วการสั่นเดียวกันนี้ ในทางกลับกัน ยูเรเนียม-238 มีแนวโน้มที่จะจับนิวตรอนได้มากกว่าเมื่อนิวตรอนเคลื่อนที่เร็วมาก อะตอมยูเรเนียม-239 นี้จะสลายตัวกลายเป็นพลูโทเนียม-239 ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงอีกชนิดหนึ่ง พลูโทเนียม-239 เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้ได้และต้องนำมาพิจารณาแม้ว่าจะใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงก็ตาม ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางประเภท การแตกตัวของพลูโทเนียมจะเกิดขึ้นมากกว่าการแตกตัวของยูเรเนียม-235 โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากที่ยูเรเนียม-235 ที่บรรจุไว้ในตอนแรกหมดลง พลูโทเนียมสามารถแตกตัวได้ทั้งด้วยนิวตรอนเร็วและนิวตรอนความร้อน ซึ่งทำให้มันเหมาะสำหรับทั้งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และระเบิดนิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในปัจจุบันเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้ความร้อน และโดยทั่วไปจะใช้น้ำเป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอน (ตัวลดความเร็วหมายถึงสิ่งที่ทำให้นิวตรอนช้าลงจนถึงความเร็วของความร้อน) และเป็นสารหล่อเย็น แต่ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร่งปฏิกิริยาเร็วจะใช้สารหล่อเย็นชนิดอื่นที่ไม่ลดความเร็วหรือทำให้ความเร็วของนิวตรอนลดลงมากนัก ทำให้มีนิวตรอนเร็วเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งสามารถนำมาใช้เติมเชื้อเพลิงได้อย่างต่อเนื่อง โดยการใส่ยูเรเนียมที่ไม่เสริมสมรรถนะราคาถูกลงในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว ยูเรเนียม-238 ที่ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาฟิชชันได้จะถูกเปลี่ยนเป็นพลูโทเนียม-239 ซึ่งเป็นเชื้อเพลิง "สำหรับเร่งปฏิกิริยา"

ในวงจรเชื้อเพลิงทอเรียมทอเรียม-232ดูดซับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วหรือแบบความร้อน ทอเรียม-233 สลายตัวแบบเบตาเป็นโปรแทคติเนียม -233 แล้วเป็นยูเรเนียม-233ซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิง ดังนั้น เช่นเดียวกับยูเรเนียม-238ทอเรียม-232 จึงเป็นวัสดุที่สามารถนำมาใช้ เป็นเชื้อเพลิง ได้ วงจรเชื้อเพลิงทอเรียมถือว่ามีความทนทานต่อการแพร่กระจายอาวุธนิวเคลียร์มากกว่าวงจรยูเรเนียมหรือ MOX แต่ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง^{[ 121 ]}

ปริมาณพลังงานในแหล่งเก็บเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มักแสดงในรูปของ "จำนวนวันทำงานเต็มกำลัง" ซึ่งหมายถึงจำนวนช่วงเวลา 24 ชั่วโมง (วัน) ที่เครื่องปฏิกรณ์ถูกกำหนดให้ทำงานที่กำลังผลิตเต็มที่เพื่อผลิตพลังงานความร้อน จำนวนวันทำงานเต็มกำลังในรอบการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ (ระหว่างช่วงเวลาหยุดซ่อมบำรุงเพื่อเติมเชื้อเพลิง) สัมพันธ์กับปริมาณยูเรเนียม-235 (U-235) ที่สามารถ แตกตัวได้ ซึ่งบรรจุอยู่ในชุดเชื้อเพลิงในช่วงเริ่มต้นของรอบการทำงาน ยิ่งมีเปอร์เซ็นต์ U-235 ในแกนกลางสูงขึ้นในช่วงเริ่มต้นของรอบการทำงาน เครื่องปฏิกรณ์ก็จะยิ่งสามารถทำงานเต็มกำลังได้เป็นจำนวนวันมากขึ้น

เมื่อสิ้นสุดรอบการทำงาน เชื้อเพลิงในชุดประกอบบางส่วนจะ "หมดสภาพ" หลังจากใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อผลิตพลังงานมาเป็นเวลาสี่ถึงหกปี เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วนี้จะถูกระบายออกและแทนที่ด้วยชุดประกอบเชื้อเพลิงใหม่ (สด) แม้จะถือว่า "หมดสภาพ" แล้ว แต่ชุดประกอบเชื้อเพลิงเหล่านี้ก็ยังมีเชื้อเพลิงอยู่เป็นจำนวนมาก ในทางปฏิบัติแล้ว เศรษฐศาสตร์เป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ ก่อนที่ปฏิกิริยาฟิชชันทั้งหมดจะเกิดขึ้น เครื่องปฏิกรณ์จะไม่สามารถรักษาพลังงานเอาต์พุตเต็ม 100% ได้ ดังนั้นรายได้ของบริษัทผู้ผลิตไฟฟ้าจึงลดลงตามกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าที่ลดลง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ดำเนินการโดยมีกำไรต่ำมากเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน โดยส่วนใหญ่เป็นค่าใช้จ่ายด้านกฎระเบียบ ดังนั้นการทำงานต่ำกว่ากำลังการผลิต 100% จึงไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจในระยะยาว สัดส่วนของแกนเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ที่ถูกเปลี่ยนระหว่างการเติมเชื้อเพลิงโดยทั่วไปคือหนึ่งในสาม แต่ขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่โรงไฟฟ้าดำเนินการระหว่างการเติมเชื้อเพลิง โดยทั่วไปโรงไฟฟ้าจะดำเนินการตามรอบการเติมเชื้อเพลิง 18 เดือน หรือ 24 เดือน นั่นหมายความว่า การเติมเชื้อเพลิงเพียงครั้งเดียว โดยเปลี่ยนเชื้อเพลิงเพียงหนึ่งในสาม ก็สามารถทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานเต็มกำลังได้เกือบสองปี

การจัดการและการจัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วนี้เป็นหนึ่งในแง่มุมที่ท้าทายที่สุดของการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ กากนิวเคลียร์นี้มีกัมมันตภาพรังสีสูงและความเป็นพิษของมันก่อให้เกิดอันตรายเป็นเวลาหลายพันปี^{[ 94 ]} หลังจากถูกปล่อยออกจากเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วจะถูกถ่ายโอนไปยัง สระเก็บเชื้อเพลิง ใช้ แล้วในสถานที่สระเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วเป็นสระน้ำขนาดใหญ่ที่ให้ความเย็นและการป้องกันเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว รวมถึงจำกัดการสัมผัสรังสีของบุคลากรในสถานที่ เมื่อพลังงานลดลงไปบ้างแล้ว (ประมาณห้าปี) เชื้อเพลิงสามารถถ่ายโอนจากสระเก็บเชื้อเพลิงไปยังภาชนะบรรจุแบบแห้งที่มีการป้องกัน ซึ่งสามารถจัดเก็บได้อย่างปลอดภัยเป็นเวลาหลายพันปี หลังจากบรรจุลงในภาชนะบรรจุแบบแห้งที่มีการป้องกันแล้ว ภาชนะบรรจุจะถูกเก็บไว้ในสถานที่ในสถานที่ที่มีการรักษาความปลอดภัยเป็นพิเศษในบังเกอร์คอนกรีตที่กันซึมได้ สิ่งอำนวยความสะดวกในการจัดเก็บเชื้อเพลิงในสถานที่ได้รับการออกแบบให้ทนต่อแรงกระแทกของเครื่องบินโดยสารเชิงพาณิชย์ โดยมีความเสียหายต่อเชื้อเพลิงใช้แล้วน้อยมากหรือไม่มีเลย สิ่งอำนวยความสะดวกในการจัดเก็บเชื้อเพลิงในสถานที่โดยเฉลี่ยสามารถเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วได้ 30 ปีในพื้นที่ที่เล็กกว่าสนามฟุตบอล

ไม่ใช่ว่าเครื่องปฏิกรณ์ทุกเครื่องจะต้องหยุดทำงานเพื่อเติมเชื้อเพลิงเสมอไป ตัวอย่างเช่นเครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงกรวดเครื่องปฏิกรณ์RBMK เครื่องปฏิกรณ์แบบเกลือหลอมเหลว เครื่องปฏิกรณ์ Magnox เครื่องปฏิกรณ์ AGRและเครื่อง ปฏิกรณ์ CANDUอนุญาตให้เคลื่อนย้ายเชื้อเพลิงผ่านเครื่องปฏิกรณ์ขณะที่เครื่องกำลังทำงานอยู่ ในเครื่องปฏิกรณ์ CANDU การทำเช่นนี้ยังช่วยให้สามารถจัดวางชิ้นส่วนเชื้อเพลิงแต่ละชิ้นภายในแกนเครื่องปฏิกรณ์ให้เหมาะสมกับปริมาณ U-235 ในชิ้นส่วนเชื้อเพลิงนั้นได้

ปริมาณพลังงานที่สกัดได้จากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เรียกว่า อัตราการเผาไหม้ (burnup ) ซึ่งแสดงในรูปของพลังงานความร้อนที่ผลิตได้ต่อหน่วยน้ำหนักเริ่มต้นของเชื้อเพลิง โดยทั่วไป อัตราการเผาไหม้จะแสดงในหน่วยเมกะวัตต์วันความร้อนต่อเมตริกตันของโลหะหนักเริ่มต้น

ความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ครอบคลุมถึงการดำเนินการเพื่อป้องกันอุบัติเหตุและเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียร์และรังสีหรือเพื่อจำกัดผลกระทบที่เกิดขึ้น อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ได้ปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ และได้เสนอการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ที่ปลอดภัยกว่า (แต่โดยทั่วไปยังไม่ได้รับการทดสอบ) แต่ไม่มีการรับประกันว่าเครื่องปฏิกรณ์จะได้รับการออกแบบ สร้าง และดำเนินการอย่างถูกต้อง^{[ 122 ]}ความผิดพลาดเกิดขึ้นได้ และผู้ออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ฟุกุชิมะในญี่ปุ่นไม่ได้คาดการณ์ว่าสึนามิที่เกิดจากแผ่นดินไหวจะทำให้ระบบสำรองที่ควรจะทำให้เครื่องปฏิกรณ์มีเสถียรภาพหลังแผ่นดินไหวใช้งานไม่ได้^{[ 123 ]}แม้จะมีคำเตือนหลายครั้งจาก NRG และหน่วยงานบริหารความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ของญี่ปุ่นก็ตาม จากข้อมูลของUBS AG อุบัติเหตุนิวเคลียร์ฟุกุชิมะ 1ทำให้เกิดข้อสงสัยว่าแม้แต่เศรษฐกิจที่ก้าวหน้าอย่างญี่ปุ่นจะสามารถควบคุมความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ได้หรือไม่^{[ 124 ]}สถานการณ์หายนะที่เกี่ยวข้องกับการโจมตีของผู้ก่อการร้ายก็เป็นไปได้เช่นกัน^{[ 122 ]}ทีมสหวิทยาการจากMITได้ประเมินว่า หากพิจารณาการเติบโตของพลังงานนิวเคลียร์ที่คาดการณ์ไว้ตั้งแต่ปี 2005 ถึง 2055 จะคาดว่าจะเกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ร้ายแรงอย่างน้อยสี่ครั้งในช่วงเวลานั้น^{[ 125 ]}

อุบัติเหตุนิวเคลียร์และรังสีที่ร้ายแรง แม้จะหายาก ก็เคยเกิดขึ้นมาแล้ว ได้แก่ไฟไหม้วินด์สเกล (ตุลาคม 1957) อุบัติเหตุ SL-1 (1961) อุบัติเหตุทรีไมล์ไอส์แลนด์ (1979) ภัยพิบัติเชอร์โนบิล (เมษายน 1986) และภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิจิ (มีนาคม 2011) ^{[ 127 ]} อุบัติเหตุ เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ได้แก่ อุบัติเหตุเครื่องปฏิกรณ์ K-19 (1961) ^{[ 128 ]} อุบัติเหตุเครื่องปฏิกรณ์ K -27 (1968) ^{[ 129 ]}และ อุบัติเหตุเครื่องปฏิกรณ์ K-431 (1985) ^{[ 127 ]}

มีการส่งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขึ้นสู่วงโคจรโลกอย่างน้อย 34 ครั้ง และมีเหตุการณ์หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับดาวเทียมเรดาร์ไร้คนขับRORSAT ของโซเวียต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดาวเทียมเรดาร์ Kosmos 954ซึ่งส่งผลให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์กลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกจากวงโคจรและกระจายไปในทางตอนเหนือของแคนาดา (มกราคม 1978)

เมื่อเกือบสองพันล้านปีก่อน ชุดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันแบบยั่งยืนได้ประกอบตัวเองขึ้นในพื้นที่ที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อโอโคลในกาบองแอฟริกาตะวันตก สภาพแวดล้อม ณ สถานที่และเวลานั้นเอื้ออำนวยให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันตามธรรมชาติขึ้นได้ โดยมีสถานการณ์ที่คล้ายคลึงกับสภาพแวดล้อมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่สร้างขึ้น ^{[ 130 ]}จนถึงปัจจุบัน มีการค้นพบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันตามธรรมชาติที่เป็นฟอสซิลจำนวน 15 เครื่องในแหล่งแร่ 3 แห่งที่แยกจากกันในเหมืองยูเรเนียมโอโคลในกาบอง ซึ่งค้นพบครั้งแรกในปี 1972 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสฟรานซิส แปร์แร็ง และ เรียกรวมกันว่า เครื่องปฏิกรณ์ฟอสซิล โอโคล ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแบบยั่งยืนเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้เมื่อประมาณ 1.5 พันล้านปีก่อน และดำเนินไปเป็นเวลาหลายแสนปี โดยมีกำลังไฟฟ้าเฉลี่ย 100 กิโลวัตต์ในช่วงเวลานั้น^{[ 131 ]}แนวคิดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติได้รับการตั้งทฤษฎีไว้ตั้งแต่ปี 1956 โดยพอล คุโรดะที่มหาวิทยาลัยอาร์คันซอ^{[ 132 ] [ 133 ]}

เครื่องปฏิกรณ์แบบนั้นไม่สามารถเกิดขึ้นบนโลกได้อีกต่อไปในยุคทางธรณีวิทยาปัจจุบัน การสลายตัวของกัมมันตรังสีของยูเรเนียม-235 ซึ่งเคยมีอยู่มากมายในอดีตตลอดช่วงเวลาหลายร้อยล้านปี ได้ลดสัดส่วนของไอโซโทปที่สามารถแตกตัวได้ตามธรรมชาติชนิดนี้ลงต่ำกว่าปริมาณที่จำเป็นต่อการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่โดยใช้น้ำเปล่าเป็นตัวหน่วงเพียงอย่างเดียว

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อแหล่งแร่ยูเรเนียมที่มีปริมาณยูเรเนียมสูงถูกน้ำใต้ดินท่วม ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอน และเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่รุนแรงขึ้น ตัวลดความเร็วของน้ำจะระเหยไปเมื่อปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ทำให้ปฏิกิริยาช้าลงและป้องกันการหลอมละลาย ปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นต่อเนื่องเป็นเวลาหลายแสนปี โดยมีวัฏจักรเกิดขึ้นในช่วงเวลาตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงถึงไม่กี่วัน

นักวิทยาศาสตร์ที่สนใจการกำจัด กากกัมมันตรังสีทางธรณีวิทยาศึกษาแหล่งกำเนิดกัมมันตรังสีตามธรรมชาติเหล่านี้อย่างกว้างขวางพวกมันเป็นกรณีศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของไอโซโทปกัมมันตรังสีผ่านเปลือกโลก นี่เป็นประเด็นถกเถียงที่สำคัญ เนื่องจากผู้ต่อต้านการกำจัดกากกัมมันตรังสีทางธรณีวิทยากังวลว่าไอโซโทปจากกากที่เก็บไว้จะปนเปื้อนในแหล่งน้ำหรือถูกพัดพาไปสู่สิ่งแวดล้อม

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผลิตทริเทียมเป็นส่วนหนึ่งของการทำงานตามปกติ ซึ่งในที่สุดจะถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมในปริมาณเล็กน้อย

ท ริ เทียม (T) ซึ่งเป็น_{ไอโซโทป}ของไฮโดรเจนมักจะจับกับออกซิเจนและก่อตัวเป็นT₂O โมเลกุลนี้มี คุณสมบัติทางเคมีเหมือนกับ_H₂Oดังนั้นจึงไม่มีสีและไม่มีกลิ่น อย่างไรก็ตาม นิวตรอนเพิ่มเติมในนิวเคลียสของไฮโดรเจนทำให้ทริเทียมเกิดการสลายตัวแบบเบตาโดยมีครึ่งชีวิต 12.3 ปี แม้ว่าจะสามารถวัดได้ แต่ ปริมาณทริเทียมที่ปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นมีน้อยมาก คณะกรรมการกำกับดูแลนิวเคลียร์แห่งสหรัฐอเมริกา(NRC)ประมาณการว่าบุคคลที่ดื่มน้ำจากบ่อน้ำที่ปนเปื้อนด้วยสิ่งที่พวกเขาพิจารณาว่าเป็นการรั่วไหลของน้ำที่มีทริเทียมในปริมาณมากเป็นเวลาหนึ่งปี จะได้รับปริมาณรังสี 0.3 มิลลิเรม^{[ 134 ]}เพื่อเปรียบเทียบ นี่เป็นปริมาณที่น้อยกว่า 4 มิลลิเรมที่บุคคลได้รับจากการเดินทางไปกลับจากวอชิงตัน ดี.ซี. ไปยังลอสแอนเจลิส ซึ่งเป็นผลมาจากการป้องกันชั้นบรรยากาศที่น้อยลงต่อรังสีคอสมิก พลังงานสูง ในระดับความสูง^{[ 134 ]}

ปริมาณสตรอนเทียม-90ที่ปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ภายใต้การทำงานปกติมีน้อยมากจนตรวจไม่พบเหนือระดับรังสีพื้นหลังตามธรรมชาติ สตรอนเทียม-90 ที่ตรวจพบได้ในน้ำใต้ดินและสิ่งแวดล้อมทั่วไปสามารถสืบย้อนไปถึงการทดสอบอาวุธที่เกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 (คิดเป็น 99% ของสตรอนเทียม-90 ในสิ่งแวดล้อม) และอุบัติเหตุเชอร์โนบิล (คิดเป็น 1% ที่เหลือ) ^{[ 135 ]}

• ฐานข้อมูลเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ – IAEAเก็บถาวรเมื่อวันที่ 2 มิถุนายน 2013 ที่Wayback Machine
• การประชุมยูเรเนียมเพิ่มการหารือเกี่ยวกับอุบัติเหตุในญี่ปุ่น
• การถกเถียง: พลังงานนิวเคลียร์คือทางออกของปัญหาภาวะโลกร้อนหรือไม่?
• สหภาพนักวิทยาศาสตร์ผู้ห่วงใย ความกังวลเกี่ยวกับโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของสหรัฐฯ
• วิดีโอ Freeview เรื่อง 'โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ – ปัญหาคืออะไร' การบรรยายของสถาบัน Royal Institution โดย John Collier โดย Vega Science Trust เก็บถาวรเมื่อวันที่ 3 พฤศจิกายน 2011 ที่Wayback Machine
• สถาบันพลังงานนิวเคลียร์ – วิธีการทำงาน: การผลิตพลังงานไฟฟ้าเก็บถาวรเมื่อวันที่ 30 มกราคม 2553 ที่Wayback Machine
• บรรณานุกรมพร้อมคำอธิบายเกี่ยวกับเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากห้องสมุดดิจิทัล Alsos
  • (ภาษาญี่ปุ่น)ソヴジエト連邦におけrun宇宙用原子炉の開発とその実用. สืบค้นเมื่อ 3 มิถุนายน 2019 ที่Wayback Machine