核电是利用核反应释放的能量生产电的方式。商业核电站通过受控核裂变产生热量，通常用这些热量产生蒸汽，驱动汽轮机和发电机。核电站与化石燃料电站的主要区别在于热源，而非基本的发电设备。核聚变通过结合轻原子核释放能量，目前仍是一个独立的能源研究领域，尚未成为成熟的商业发电方式。(eia.gov)
物理原理与发电过程
铀-235等重原子核吸收一个中子后分裂成较小的原子核，这一过程称为裂变。裂变会释放热量、辐射以及更多中子。其中一些中子会引发进一步的裂变，从而维持链式反应。核反应堆使这一反应以受控速率持续进行；能够吸收中子的控制棒有助于调节反应堆功率，或终止链式反应。(eia.gov)
热量从燃料传递给循环流动的冷却剂。在常规核电站中，蒸汽驱动与发电机相连的汽轮机。随后，蒸汽冷凝，形成的液体重新进入循环。冷却系统将未利用的热量排放到周围环境中。因此，核电站除了需要反应堆冷却设备，还需要能够接收余热的热阱；冷却塔只是其中一种选择，并非每座核电站都必须配备。(nrc.gov)
反应堆设计
两种成熟的反应堆设计使用普通的水作为冷却剂。在压水堆（PWR）中，高压使流经堆芯的水不会沸腾。这一回路称为一回路，通过蒸汽发生器将热量传递给另一独立回路，在该回路中产生供汽轮机使用的蒸汽。在沸水堆（BWR）中，水在反应堆压力容器内沸腾，产生的蒸汽经汽水分离后流向汽轮机。(nrc.gov)
其他反应堆技术采用不同的冷却剂、燃料或中子能量。在先进反应堆研发中，除水冷设计外，还有气冷、液态金属冷却和熔盐等设计概念。这些类别描述的是技术特征，而反应堆规模和模块化建造则描述了电站的其他方面。因此，小型反应堆并不一定采用全新的核反应过程。(un.org)
历史发展
1951年12月20日，位于美国爱达荷州的实验增殖反应堆一号利用裂变产生了可供使用的电力，最初点亮了四只200瓦的灯泡。这是一次实验性演示，而非电力企业规模的商业电站发电。1954年，苏联奥布宁斯克的APS-1反应堆向电网输送了5兆瓦电力。这些里程碑分别代表了反应堆首次产生可用电力，以及早期并网发电。此后，核电逐步发展成为一种在数十年间持续供应电力和热量的技术。(energy.gov)
燃料循环与放射性废物
核燃料循环涵盖燃料制备、在反应堆中的使用，以及辐照后的管理。其前端通常包括铀的开采、加工、转化、必要时的浓缩，以及燃料制造。天然铀中铀-235的含量略高于0.7%，这种同位素易于用于裂变。常规轻水堆使用的燃料通常将铀-235的含量浓缩至约3%—5%，再制成二氧化铀陶瓷芯块，封装在金属管中。(eia.gov)
从反应堆中取出的乏核燃料仍具有很强的放射性，并会通过放射性衰变持续产生热量。乏核燃料最初存放在水下，由水提供冷却和辐射屏蔽。充分冷却后，燃料可以转移至干式贮存容器。贮存属于过渡性的管理阶段，与永久处置不同。(eia.gov)
核燃料后处理可以从乏燃料中回收可再利用的材料，但剩余的放射性残余物仍需管理。采矿、燃料加工和电站运行也会产生放射性废物。地质处置将适宜的废物置于地下深处的稳定地质构造中，通过包容和隔离限制其与人类可接触的生物圈发生相互作用。建设此类设施需要开展场址评价、安全评估，并实施历时漫长的分阶段计划。(infcis.iaea.org)
核安全、核安保与保障监督
核安全关注事故的预防与后果缓解。纵深防御将多层保护措施结合起来，使安全不完全依赖某一个部件或某一种操作方式。屏障、冷却系统、维护、操作人员培训和监管监督都是这一体系的组成部分。停止链式反应并不会消除衰变热，因此，停堆后持续排出热量仍然十分重要。(nrc.gov)
核安保着重防范盗窃和蓄意破坏，而国际保障监督的目标有所不同：核实核材料未被转用于核武器或其他核爆炸装置。国际原子能机构依据与各国签订的协定实施保障监督。这些核查安排与各国对核电站运行的监管有所区别。(nucleus.iaea.org)
环境特征与经济性
与化石燃料燃烧不同，反应堆运行不会直接排放二氧化碳。不过，铀加工、电站建设及其他配套活动会消耗能源，也可能产生排放。因此，生命周期评价考察的范围不局限于发电环节。核电的低排放特征与能源安全和气候变化政策密切相关，同时也必须考虑废物管理和事故预防的要求。(eia.gov)
核电站属于资本密集型设施，燃料成本则相对较低。建设延期、成本超支和融资条件会显著影响其经济性。小型模块化反应堆的单机电功率通常不超过300兆瓦，并采用模块化建造方式。其预期经济优势取决于制造、部署、供应链建设和融资能否顺利实现，而非仅仅取决于规模较小。国际能源署2025年的评估将这些因素列为制约未来核电投资的重要因素。(iea.blob.core.windows.net)