Un reactor nuclear es un equipo científico diseñado para generar reacciones en cadena controladas de elementos fisionables como el uranio. Los reactores nucleares se pueden utilizar para varios fines, incluida la generación de energía eléctrica, la producción de combustibles nucleares y la investigación científica. Se pueden encontrar reactores nucleares de varios diseños en muchas regiones del mundo, desde laboratorios científicos en los Estados Unidos hasta el campo francés, y los franceses dependen de la energía nuclear para alrededor del 75% de sus necesidades energéticas a partir de 2009.
Los reactores nucleares se basan en un proceso conocido como fisión, que ocurre cuando un elemento pesado absorbe un neutrón y se rompe en dos elementos más ligeros. En el proceso, el elemento libera energía. En una reacción de fisión controlada, esta energía se puede aprovechar para diversas actividades y se puede persuadir para que establezca una reacción en cadena que alienta al resto del elemento fisionable a romperse también. Una reacción incontrolada crea una bomba nuclear.
Dentro de un reactor nuclear, las barras de combustible compuestas por un elemento fisionable se insertan en un moderador, un material que ralentizará los neutrones para estimular la fisión. El operador del reactor nuclear puede controlar la reacción con el uso de barras de control, barras hechas de materiales que absorben neutrones. Cuando las barras se bajan al núcleo del reactor con el combustible, absorben los neutrones, ralentizando o deteniendo el proceso de fisión, y cuando se elevan, permiten que las barras de combustible absorban los neutrones y se sometan a la fisión. Periódicamente, las barras de combustible se gastan y deben reemplazarse con combustible nuevo, mientras que el combustible gastado debe eliminarse con cuidado para evitar generar contaminación.
El reactor nuclear también requiere un refrigerante para transferir calor desde el núcleo del reactor. El calor, un subproducto de la fisión, puede de hecho ser el objetivo de los operadores del reactor, porque puede usarse para generar electricidad mediante la generación de vapor que empujará las turbinas. Cuando se utiliza un reactor nuclear para investigación científica, el calor puede ser un subproducto indeseable, aunque algunos reactores están diseñados tanto para investigación como para generación eléctrica para lograr la máxima eficiencia.
Una gran cantidad de sistemas están involucrados en el control y la contención de un reactor nuclear. El riesgo inherente de crear una reacción controlada es que la reacción puede descontrolarse en cascada. Esta preocupación se aborda con numerosas tecnologías de seguridad y protección contra fallas que están diseñadas para mantener el reactor en funcionamiento de manera segura. Se han producido relativamente pocos accidentes importantes con reactores nucleares, y los que suelen ocurrir en reactores más antiguos con una infraestructura de apoyo insuficiente.