พลังงานนิวเคลียร์ทำงานอย่างไร

ในสหรัฐอเมริกา สองในสามของเครื่องปฏิกรณ์เป็นเครื่องปฏิกรณ์น้ำอัดแรงดัน (PWR) และที่เหลือเป็นเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดดังที่แสดงไว้ด้านบน น้ำจะถูกปล่อยให้เดือดเป็นไอน้ำ แล้วจึงถูกส่งผ่านกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน น้ำในแกนกลางจะถูกกักเก็บไว้ภายใต้ความดันและไม่อนุญาตให้เดือด ความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังน้ำภายนอกแกนกลางด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (หรือที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไอน้ำ) ซึ่งจะทำให้น้ำภายนอกเดือด เกิดไอน้ำ และขับเคลื่อนกังหัน ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน น้ำที่เดือดจะแยกออกจากกระบวนการฟิชชัน จึงไม่กลายเป็นกัมมันตภาพรังสี

หลังจากไอน้ำถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนกังหันแล้ว ไอน้ำจะถูกทำให้เย็นลงเพื่อให้ควบแน่นกลับเป็นน้ำ โรงไฟฟ้าบางแห่งใช้น้ำจากแม่น้ำ ทะเลสาบ หรือมหาสมุทรเพื่อระบายความร้อนไอน้ำ ในขณะที่บางแห่งใช้หอหล่อเย็นทรงสูง หอหล่อเย็นรูปทรงนาฬิกาทรายเป็นสัญลักษณ์ที่คุ้นเคยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หลายแห่ง ในทุกๆ หน่วยไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะมีการปล่อยความร้อนทิ้งสู่สิ่งแวดล้อมประมาณสองหน่วย

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์มีขนาดตั้งแต่ประมาณ 60 เมกะวัตต์สำหรับโรงไฟฟ้ารุ่นแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ไปจนถึงมากกว่า 1,000 เมกะวัตต์ โรงไฟฟ้าหลายแห่งมีเครื่องปฏิกรณ์มากกว่าหนึ่งเครื่อง ยกตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าที่เมืองปาโลเวอร์เดในรัฐแอริโซนา ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์สามเครื่องแยกกัน แต่ละเครื่องมีกำลังการผลิต 1,334 เมกะวัตต์

เครื่องปฏิกรณ์ต่างประเทศบางรุ่นใช้สารหล่อเย็นชนิดอื่นนอกเหนือจากน้ำเพื่อนำความร้อนจากปฏิกิริยาฟิชชันออกจากแกนกลาง เครื่องปฏิกรณ์ของแคนาดาใช้น้ำที่บรรจุดิวทีเรียม (เรียกว่า "น้ำหนัก") ในขณะที่บางรุ่นระบายความร้อนด้วยก๊าซ โรงไฟฟ้าแห่งหนึ่งในรัฐโคโลราโดซึ่งปัจจุบันปิดตัวลงอย่างถาวรแล้ว ได้ใช้ก๊าซฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็น (เรียกว่า เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยก๊าซอุณหภูมิสูง) โรงไฟฟ้าบางแห่งใช้โลหะเหลวหรือโซเดียม