هدف اصلی یک رآکتور هسته ای آن است سوخت هسته ای (اورانیوم) را در سلسله واکنشهای زنجیره ای fission مهار کرده و انرژی حاصله از این واکنش ها را تبدیل به انرژی قابل استفاده نماید.

درواقع ساده ترین روش آن است که از گرمای حاصل از تبدیل اتم های اورانیوم 235، برای گرم کردن آب و به حرکت در آوردن توربین های بخار استفاده کرد تا بتوان بوسیله آن از ژنراتورهای الکتریکی نیروی برق گرفت.

یک نیروگاه برق هسته ای با یک نیروگاه برق که از سوخت فسیلی استفاده می کند در بسیاری از قسمت ها مشترک هستند. هر دو آنها به بخار آب برای بگردش در آوردن توربین بخار نیاز دارند و نیز به یک ژنراتور برق؛ تنها تفاوت آنها در این است که در نیروگاه هسته ای بجای سوخت فسیلی از واکنش های هسته ای برای تهیه بخار استفاده می شود.

واکنشهای هسته ای در قلب رآکتور صورت می گیرد و میزان انرژی تولید شده به میزان تحریک اتم های اورانیوم بستگی دارد. با کم و زیاد کردن مقدار نوترون های تزریق شده به سوخت هسته ای می توان مقدار اتمهای درگیر در پروسه fission را تنظیم کرده مقدار انرژی خروجی نیروگاه را کنترل کرد.

سوخت هسته ای توسط ماده ای که به Moderator (متعادل کننده) معروف است، احاطه می شود. این ماده باعث می شود تا سرعت انتشار نوترون به هنگام تبدیل اورانیوم به دو اتم دیگر کند شود. به بیان دیگر توسط آن می توان مانع انجام عملیات زنجیری تبدیل اتمهای اورانیوم به صورت یکباره شد.

در رآکتورهای مختلف با توجه به نوع تکنولوژی ساخت از آب، گرافیت، آب سنگین و ... به عنوان Moderator استفاده می شود.

آب سنگین نوع خاصی از آب است که در آن اتمهای هیدروژن تشکیل دهنده مولکولهای آب، بیشتر از نوع هیدروژن سنگین (deuterium) هستند. این ایزوتوپ هیدروژن با ثبات بوده و خواص شیمیایی مشابهی با هیدروژن معمولی دارد با این تفاوت که یک نوترون در هسته خود دارد در حالی که هیدروژن معمولی در هسته تنها یک پروتون دارد.

نکته قابل توجه آن است که چنانچه به هر دلیل Moderator یا دیگر قسمتهای درگیر در عملیات هسته ای درست عمل نکنند، تنها اتفاقی که می افتد آن است که سوخت - گرانقیمت - ذوب می شود و هرگز اتفاقی مانند انفجار هسته ای رخ نمی دهد.


چرخه سوخت هسته ای
همانطور که در مطالب قبل گفته شد، بیشتر اورانیوم موجود در طبیعت از نوع ایزوتوپ 238 است که امکان استفاده از آن در رآکتور هسته ای بعنوان سوخت موجود نیست.

بر خلاف سوخت هایی مانند گاز، ذغال سنگ، بنزین و ... که چرخه سوخت ساده ای و بسادگی با زدن یک کبریت مشتعل شده و انرژی تولید می کنند، عملیات بسیار زیادی باید بر روی U-238 انجام بگیرد تا بتوان آنرا به U-235 که قابلیت شکاف هسته ای دارد، تبدیل کرد.

این عملیات شامل قسمتهایی مانند حفاری، جداسازی سنگها، آسیاب کردن، تبدیل اورانیوم، غنی سازی و ساخت سوخت استاندارد است.

مواردی که در بالا اشاره شد قسمتی از چرخ سوخت اورانیوم است؛ پس از استفاده از اورانیوم در رآکتور، تفاله ها و ضایعات سوختی مراحلی مانند ذخیره سازی موقت، پردازشهای مجدد، بازیافت و دفن زباله را طی خواهند کرد.

پس از حفاری، جداسازی و آسیاب کردن، سنگ معدنی اورانیوم - معمولآ زرد رنگ - بدست آمده که بصورت اکسید اورانیوم U₃O₈ است باید به حالت گازی شکل تبدیل شود تا بتواند وارد مرحله غنی سازی شود. در این مرحله طی انجام پردازشهایی، گاز کم فشارهگزا فلوراید اورانیوم یا UF₆ تهیه می شود.

غنی سازی
در غنی سازی سعی می شود تا حد امکان ایزوتوپهای U-238 تبدیل به U-235 شوند، این پردازش جزو پیچیده ترین و گران قیمت ترین مراحل کار است.

هگزا فلوراید اورانیوم در حالت عادی حدود 0.7 درصد شامل ایزوتوپ 235 است و مابقی آن ایزوتوپ 238 است. در مرحله غنی سازی درصد U-235 به حدود 3.5 یا کمی بیشتر افزایش داده می شود.

پس از غنی سازی هگزا فلوراید اورانیوم، این ماده برای تبدیل به سوخت به تاسیسات مخصوصی فرستاده می شود که از آن دی اکسید اورانیوم که بصورت پودر است تهیه می شود.

این پودر توسط دستگاه های مخصوص پرس فشرده شده و بصورت قرص هایی در آورده می شود. این قرصها درون میله هایی فلزی قرار داده می شوند که هریک از آنها می تواند بعنوان یک واحد سوختی مصرف شوند. این میله ها در محل مخصوصی در رآکتور هسته ای در میان Moderator ها جای داده می شوند. (به شکل شماتیک رآکتور توجه کنید)