Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι ένα κομμάτι επιστημονικού εξοπλισμού που έχει σχεδιαστεί για να παράγει ελεγχόμενες αλυσιδωτές αντιδράσεις σχάσιμων στοιχείων όπως το ουράνιο. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορους σκοπούς, όπως η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η παραγωγή πυρηνικών καυσίμων και η επιστημονική έρευνα. Πυρηνικοί αντιδραστήρες διαφόρων σχεδίων μπορούν να βρεθούν σε πολλές περιοχές του κόσμου, από επιστημονικά εργαστήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες μέχρι τη γαλλική ύπαιθρο, με τους Γάλλους να βασίζονται στην πυρηνική ενέργεια για περίπου το 75% των αναγκών τους σε ενέργεια από το 2009.
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες βασίζονται σε μια διαδικασία γνωστή ως σχάση, η οποία συμβαίνει όταν ένα βαρύ στοιχείο απορροφά ένα νετρόνιο και διασπάται σε δύο ελαφρύτερα στοιχεία. Κατά τη διαδικασία, το στοιχείο απελευθερώνει ενέργεια. Σε μια αντίδραση ελεγχόμενης σχάσης, αυτή η ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί για διάφορες δραστηριότητες και να εξαναγκαστεί να δημιουργήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση που ενθαρρύνει το υπόλοιπο σχάσιμο στοιχείο να διασπαστεί επίσης. Μια ανεξέλεγκτη αντίδραση δημιουργεί μια πυρηνική βόμβα.
Μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, ράβδοι καυσίμου που αποτελούνται από ένα σχάσιμο στοιχείο εισάγονται σε έναν συντονιστή, ένα υλικό που θα επιβραδύνει τα νετρόνια για να ενθαρρύνει τη σχάση. Ο χειριστής του πυρηνικού αντιδραστήρα μπορεί να ελέγξει την αντίδραση με τη χρήση ράβδων ελέγχου, ράβδων κατασκευασμένων από υλικά που απορροφούν νετρόνια. Όταν οι ράβδοι χαμηλώνουν στον πυρήνα του αντιδραστήρα με το καύσιμο, απορροφούν τα νετρόνια, επιβραδύνοντας ή σταματώντας τη διαδικασία σχάσης, και όταν ανυψώνονται, επιτρέπουν στις ράβδους καυσίμου να απορροφήσουν τα νετρόνια και να υποστούν σχάση. Περιοδικά, οι ράβδοι καυσίμου εξαντλούνται και πρέπει να αντικατασταθούν με φρέσκο καύσιμο, ενώ το χρησιμοποιημένο καύσιμο πρέπει να απορρίπτεται προσεκτικά για να αποφευχθεί η δημιουργία ρύπανσης.
Ο πυρηνικός αντιδραστήρας απαιτεί επίσης ένα ψυκτικό για να μεταφέρει θερμότητα μακριά από τον πυρήνα του αντιδραστήρα. Η θερμότητα, ένα υποπροϊόν της σχάσης, μπορεί στην πραγματικότητα να είναι ο στόχος των χειριστών του αντιδραστήρα, επειδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με την παραγωγή ατμού που θα ωθήσει τους στρόβιλους. Όταν ένας πυρηνικός αντιδραστήρας χρησιμοποιείται για επιστημονική έρευνα, η θερμότητα μπορεί να είναι ένα ανεπιθύμητο υποπροϊόν, αν και ορισμένοι αντιδραστήρες έχουν σχεδιαστεί τόσο για έρευνα όσο και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για μέγιστη απόδοση.
Ένας τεράστιος αριθμός συστημάτων εμπλέκεται στον έλεγχο και τον περιορισμό ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. Ο εγγενής κίνδυνος δημιουργίας μιας ελεγχόμενης αντίδρασης είναι ότι η αντίδραση μπορεί να βγει εκτός ελέγχου. Αυτή η ανησυχία αντιμετωπίζεται με πολλές τεχνολογίες αστοχίας και ασφάλειας που έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν την ασφαλή λειτουργία του αντιδραστήρα. Σχετικά λίγα μεγάλα ατυχήματα έχουν συμβεί με πυρηνικούς αντιδραστήρες και αυτά που τείνουν να συμβαίνουν σε παλαιότερους αντιδραστήρες με ανεπαρκή υποδομή υποστήριξης.