核反应堆堆芯是核燃料存放的区域，它犹如核动力厂的心脏，核裂变链式反应在此处进行。链式裂变反应释放出的能量，大部分首先在燃料元件内转化为热能。接着，通过热传导、对流传热以及热辐射等方式，将热能传递给燃料元件周围的冷却剂。之后，冷却剂携带这些热能到达堆芯外，再通过热力系统将其转化为所需的动力。本节主要探讨核反应堆的基本工作原理。

在核反应堆堆芯，有大量中子在飞行。这些中子不断地与各种原子核发生碰撞。碰撞的结果有两种，一是中子被散射，从而改变了自己的速度和飞行方向；二是中子被原子核所吸收。如果中子被铀 235 这类易裂变燃料核吸收，就有可能使其裂变。这意味着在反应堆内可能发生多种不同类型的核反应。下面对核反应堆内存在的几种主要的核反应做一介绍。

散射反应中，当中子与原子核发生散射反应时，中子的飞行方向和飞行速度会发生改变。散射反应存在两种不同的机制，一种被称为弹性散射，另一种被称为非弹性散射。非弹性散射的反应式如下：

AX+。n →(x)→(x)+n

↓AX+Y

能量较高的中子经过与原子核多次散射反应后，其能量会逐渐降低，此过程被称作中子的慢化。在热中子反应堆中，中子的慢化主要是依靠弹性散射来实现的。在快中子反应堆内，即便没有慢化剂，但是中子通过与铀 -238 进行非弹性散射，其能量也会有所下降。

核反应堆工程中的俘获反应，也被称作(n，y)反应。当中子被原子核吸收之后，会形成一种新的核素，并且会放出γ射线。其一般的反应式如下；

X+°n 发生反应后会形成 (t)X)* ，同时在 (+X)+γ 反应堆内，重要的俘获反应包含以下这些：

23U+n=3U+y

这是在反应堆当中把铀 -238 转化为核燃料钚 -239 的一个过程。类似的反应包含以下这些；

23Th+n=23Th+y

d

自然界中蕴藏量丰富的钍元素会被转化为核燃料铀 -233 ，这就是其过程。