核反應堆，又稱為原子能反應堆或反應堆，是能維持可控自持鍊式核裂變反應，以實現核能利用的裝置。合理布置核反應堆核燃料，可以實現在無需補加中子源的條件下，核反應堆可發生自持鍊式核裂變。反應堆包括裂變堆、聚變堆、裂變和聚變混合堆，從應用角度看，一般是指裂變堆。本文以裂變堆和以發電為目的的發電堆為例。
核反應堆原理。原子核與核外電子組成原子，質子與中子組成原子核。當鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2-3個中子。這些中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變，這就是鍊式反應。在鍊式反應的過程中，原子核中的能量會被釋放出來。
核反應堆的組成：核燃料、使中子慢化以增加與原子核碰撞機會的慢化劑、載熱體、按照人的意願決定工作狀态的控制設施、防止對人造成傷害的防護裝置、防止各種事故引起核洩漏的安全設施。可分為活性區，反射層，外壓力殼和屏蔽層。
其中，活性區是主要的，由核燃料、慢化劑、冷卻劑和控制棒等組成。慢化劑。就是用來使快中子能量減少。控制棒（如镉、銀、铟等），在反應堆中起到補償和調節中子反應性以及緊急停堆的作用。冷卻劑，由主循環泵驅動，在一個回路中循環，從堆芯帶走熱量并傳給第二回路，使蒸汽發生器産生高溫高壓蒸汽，以驅動汽輪發電機發電。當前反應堆中，61%是壓水堆， 24%是沸水堆，重水堆約占5%。屏蔽層，為了防護中子、γ射線和熱輻射，在反應堆和大多數輔助設備周圍設置鋼、鉛、普通混凝土和重混凝土的屏蔽層。
鍊式反應産生的大量熱能，用循環水或其他物質帶走熱量，使水變成水蒸氣，推動汽輪機帶動發電機發電。
核能發電與火電站相比，非常清潔，但也存在一些問題，如鈾的開采和提純并非是一個清潔的過程。非正常運行的核電站可能帶來大問題。核廢料在幾百年之内都是有毒的，運輸核燃料往返于核電站有一定的風險。
優點：能量高度集中，燃料費用低廉，綜合經濟效益好。1公斤鈾-235或钚-239提供的能量在理論上相當于2300噸無煙煤，低于常規發電成本，所需的燃料數量少，污染環境較輕。
核能，因為它不需要空氣助燃，可作為地下、水中和太空缺乏空氣環境下的特殊動力。又由于它耗料少、能量高，可以實現一次裝料，長時間供能，作為火箭、人造衛星、宇宙飛船、航空母艦、潛艇等設備的特殊動力。
人類第一台核反應堆誕生于芝加哥大學，叫芝加哥一号堆，因此，芝加哥大學也成為人類的"原子能誕生地"。
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