I reattori nucleari piu' diffusi al mondo in ambito civile e militare, sia per numero di impianti che per potenza installata, sono i PWR o ad acqua pressurizzata. In tali reattori il refrigerante del nocciolo ed il moderatore e' acqua mantenuta a pressione cosi' elevata da non evaporare mai.

Ma come funziona un reattore atomico?
Innanzitutto tutti i reattori atomici comunemente usati sono reattori a fissione e nel seguito si tratteranno brevemente solo i reattori "lenti" o "termici".
Il materiale fissile (che puo' essere Uranio235 o Plutonio239 o altri) subisce il processo di fissione, che puo' essere scritto come:

U235 + n -> U236 -> Kr92 + Ba141 + 3n + Energia

dove n l'ho usato per indicare neutrone. Il neutrone che viene assorbito dal nucleo di U235 deve avere livelli di energia sufficientemente bassi (cioe' deve essere sufficientemente lento) per essere catturato (dell'ordine di 1 elettronVolt [eV]). Gli elementi prodotti dalla fissione (nell'esempio Kr e Ba) in realta' non sono sempre gli stessi ma statisticamente hanno massima probabilita' di avere numero di massa attorno al 95 ed al 137.

L'energia prodotta per singola fissione e' dell'ordine di 200 MeV (cioe' 200 milioni di eV) e pressapoco si divide in energia cinetica dei 2 frammenti di fissione  circa 170 MeV
raggi Gamma (immediati e ritardati)                    10-20MeV
particelle Beta                                                         8 MeV
Neutroni di fissione                                              5-10 MeV

Quindi, a parte l'energia dispersa per radiazione dalle particelle che fuggono dall'elemento fissile, la massima parte dell'energia prodotta e' termica. Si nota che ogni processo di fissione genera un certo numero di neutroni (in media 3) che posso generare altrettante fissioni (da cui il nome "reazione a catena"). In realta' i neutroni prodotti dalla fissione sono troppo veloci (hanno livello di energia di alcuni MeV) e devono essere rallentati per poter essere catturati da altri nuclei fissili. I neutroni vengono rallentati da un apposito materiale che e' chiamato moderatore. Esso puo' essere acqua leggera, acqua pesante, grafite o altro. I neutroni veloci generati nella fissione andranno a collidere ripetutamente con i nuclei del moderatore e nell'urto perderanno energia cinetica rallentando.
Una volta rallentati a livelli energetici sufficientemente bassi essi potranno produrre altre fissioni. E' chiaro che non tutti i neutroni prodotti avranno statisticamente possibilita' di incotrare altri atomi fissili. Parte dei neutroni sfuggiranno al nocciolo e si disperdono, altra parte verranno catturati da elementi estranei (come le barre di regolazione) e solo una parte dara' effettivamente luogo a nuove fissioni. Il numero medio di neutroni che statisticamente produrranno fissioni e' un parametro fondamentale del reattore. In media, affinche' la fissione sia controllabile, ogni fissione deve produrre 1 neutrone atto a produrre successive fissioni (reazione critica).
Se il numero di neutroni fissili prodotti e' superiore ad 1 la reazione e' supercritica e puo' diventare incontrollabile. Se il numero e' inferiore ad 1 la reazione sara' subcritica e non sara' in grado di autosostenersi. Il numero di neutroni che daranno luogo ad altre fissioni dipende (tra le tante cose) da:

• geometria del reattore
• massa del materiale fissile (quindi livello di arricchimento delle barre)
• moderatore e sua sezione di cattura
• riflettore (materiale posto all'esterno del nocciolo che devia indietro verso il nocciolo stesso i neutroni che altrimenti proseguirebbero la loro corsa fuori dal nocciolo perdendosi).