Un réacteur nucléaire est un équipement scientifique conçu pour générer des réactions en chaîne contrôlées d’éléments fissiles comme l’uranium. Les réacteurs nucléaires peuvent être utilisés à plusieurs fins, notamment la production d’électricité, la production de combustibles nucléaires et la recherche scientifique. Des réacteurs nucléaires de conceptions diverses peuvent être trouvés dans de nombreuses régions du monde, des laboratoires scientifiques aux États-Unis à la campagne française, les Français s’appuyant sur l’énergie nucléaire pour environ 75 % de leurs besoins en énergie à partir de 2009.
Les réacteurs nucléaires reposent sur un processus connu sous le nom de fission, qui se produit lorsqu’un élément lourd absorbe un neutron et se sépare en deux éléments plus légers. Dans le processus, l’élément libère de l’énergie. Dans une réaction de fission contrôlée, cette énergie peut être exploitée pour diverses activités et amenée à établir une réaction en chaîne qui encourage également le reste de l’élément fissile à se briser. Une réaction incontrôlée crée une bombe nucléaire.
A l’intérieur d’un réacteur nucléaire, des crayons combustibles constitués d’un élément fissile sont insérés dans un modérateur, un matériau qui va ralentir les neutrons pour favoriser la fission. L’exploitant du réacteur nucléaire peut contrôler la réaction à l’aide de barres de contrôle, barres constituées de matériaux absorbant les neutrons. Lorsque les crayons sont descendus dans le cœur du réacteur avec le combustible, ils absorbent les neutrons, ralentissant ou arrêtant le processus de fission, et lorsqu’ils sont levés, ils permettent aux crayons de combustible d’absorber les neutrons et de subir une fission. Périodiquement, les crayons combustibles deviennent usés et doivent être remplacés par du combustible neuf, tandis que le combustible usé doit être soigneusement éliminé pour éviter de générer de la pollution.
Le réacteur nucléaire a également besoin d’un réfrigérant pour évacuer la chaleur du cœur du réacteur. La chaleur, un sous-produit de la fission, peut en effet être l’objectif des opérateurs du réacteur, car elle peut être utilisée pour produire de l’électricité en générant de la vapeur qui poussera les turbines. Lorsqu’un réacteur nucléaire est utilisé pour la recherche scientifique, la chaleur peut être un sous-produit indésirable, bien que certains réacteurs soient conçus à la fois pour la recherche et la production d’électricité pour une efficacité maximale.
Un grand nombre de systèmes sont impliqués dans le contrôle et le confinement d’un réacteur nucléaire. Le risque inhérent à la création d’une réaction contrôlée est que la réaction peut devenir incontrôlable en cascade. Cette préoccupation est résolue par de nombreuses technologies de sécurité intégrée et de sécurité qui sont conçues pour maintenir le fonctionnement du réacteur en toute sécurité. Relativement peu d’accidents majeurs se sont produits avec des réacteurs nucléaires, et ceux qui ont tendance à se produire dans des réacteurs plus anciens avec une infrastructure de soutien insuffisante en place.