目前商業運轉中的核能發電站都是利用核裂變反應而發電。核電站是利用原子核内部蘊藏的能量來産生電能的，所用的燃料是鈾，用鈾制成的核燃料在一種叫反應堆的設備内發生裂變而産生大量熱能，再用處于高壓力下的水帶出熱能，在蒸汽發生器内産生蒸汽。蒸汽推動汽輪機帶着發電機旋轉，從而産生電。
核電站發電的奧秘主要在反應堆上，反應堆又稱核反應堆或原子反應堆，它是裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鍊式反應的裝置。核反應堆的原理是當鈾235的原子核受到外來中子攻擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出兩到三個中子，裂變産生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核引起新裂變，如此持續進行就是裂變的鍊式反應。
鍊式反應産生大量熱能，用循環水帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量，使水變成水蒸汽，推動汽輪機發電。
然而實際中反應堆裡的高速中子會大量分散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機會。核反應堆必須有控制設施才能控制工作狀态，尤其裂變産物有放射性，不加防護會傷及人體。最終核反應堆就由核燃料慢化系熱載體控制設施和防護裝置組成，在安全可靠的前提下，核電站得以運轉。
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