1/ La réaction nucléaire qui se produit dans le réacteur (en présence du combustible et du modérateur) permet de chauffer le fluide caloporteur.
2/ Le fluide caloporteur, à son tour, chauffe de l'eau qui passe à l'état de vapeur.
3/ La vapeur d'eau entraîne une turbine qui fait tourner le générateur.
4/ Un dispositif permet de refroidir l'eau qui passe à l'état liquide.
5/ Le cycle recommence...
Les réacteur actuellement utilisés en France sont des réacteurs à eau pressurisée (REP). Il sont au nombre de 58 répartis dans 20 sites.
Le combustible utilisé est de l'oxyde d'uranium faiblement enrichi (la proportion en uranium 235 est alors d'environ 4 %), le modérateur est de l'eau et le fluide caloparteur est de l'eau pressurisé.
Le combustible, le modérateur et le fluide caloporteur sont les trois principaux éléments qui différencient les centrales nucléaires.
Le combustible peut être de l'oxyde d'uranium naturel, plus ou moins enrichi, un mélange d'oxydes uranium et de plutonium, du thorium, etc.
Le différents modérateur utilisés pour contrôler la réaction en chaîne sont l'eau, l'eau lourde, le graphite ou pas de modérateur dans le cas d'un réacteur à neutrons rapides.
Le fluide caloporteur peut être de l'eau pressurisée, de l'eau bouillante, du gaz, du métal liquide (comme du sodium), etc.
La composition isotopique de l'uranium est :
- 99,27% d'uranium 238 qui se désintègre en émettant une particule α avec une demi-vie de 4,5×109 ans,
- 0,72% d'uranium 235 qui se désintègre en émettant une particule α avec une demi-vie de 7,1×108 ans,
- moins 0,01% d'uranium 234 qui se désintègre en émettant une particule α avec une demi-vie de 2,5×105 ans,
- des traces des isotopes 236 et 233.
A l'état naturel, l'uranium est majoritairement sous forme d'oxydes d'uranium. Il est purifié une première fois avant de pouvoir être utilisé dans les réacteurs des centrales nucléaires.
Afin d'accroître le rendement des réacteurs nucléaires, l'uranium est enrichi avec son isotope 235 jusqu'à un taux de 3 à 5 %.
Notons que pour certains réacteurs, l'uranium est enrichi avec du plutonium issu des produits de la réactions des autres centrales.
Par aspiration d'un neutron, l'uranium 238 émet des particules β- et se transforme en plutonium 239 qui est fissible.