Hlavní částí reaktoru, kde probíhá štěpení těžkých jader, je aktivní zóna. Je zde uloženo jaderné palivo v podobě palivových článků. Články jsou většinou tyče nebo svazky tyčí hermeticky uzavřené ve speciálním obalu.

Jako paliva lze využívat následující izotopy:

Uran se v přírodě vyskytuje v různých rudách v nízkých koncentracích (asi 0,04–3 %) [15]. Velká naleziště jsou např. v Rusku, Austrálii, Kazachstánu a v Kanadě. V ČR se uran těžil do roku 2017 např. v Jáchymově, Stráži pod Ralskem, Příbrami atd). Uranová ruda smolinec je na obr. 24.

Uran se získává buď těžbou v hlubinných i povrchových dolech, nebo tzv. loužením kyselinami a zásadami. Jejich roztoky se pomocí vrtů pumpují do podzemí, tam rozpustí uran a čerpají se do chemické úpravny. Uran lze též získat jako vedlejší produkt z těžby mědi a zlata. Celosvětově se ročně vytěží dle údajů [16] 50 až 60 tisíc tun uranu.

Uranová ruda se převede na žlutý prášek (tzv. žlutý koláč), který obsahuje asi 60–70 % uranu. Obsah štěpného izotopu U²³⁵ je v uranové rudě pouze kolem 0,7 %, zbytek tvoří U²³⁸. Většina reaktorů potřebuje palivo s obsahem U²³⁵ 3–4 %. Proto se provádí obohacování paliva izotopem U²³⁵. Využívá se při tom malého rozdílu v hmotnostech izotopů 235 a 238.

Používají se dva postupy obohacování:

Uranové palivo se pak ukládá ve formě peletek do palivových proutků. Ty se skládají do tzv. palivových souborů (kazet). Maketa peletky využívané v JE Temelín je na obr. 25.

Jaderné palivo se v reaktoru vyměňuje po částech při odstávce reaktoru, obvykle se po 1–1,5 roce obmění 1/3–1/4 paliva, např. v JE Temelín se každý rok obmění ¼ paliva. Při tom se ještě přeskládají zbývající palivové články, aby se zajistilo co nejlepší vyhoření paliva.

Na obr. 26 je obal, ve kterém se přepravuje palivo.

Při štěpení jádra jsou emitovány pomalé i rychlé neutrony, viz kap. 3.8.1. Rychlých neutronů je hodně a mají velkou kinetickou energii, pomalých je podstatně méně (jen asi 0,75 %). Pravděpodobnost, že se rychlý neutron srazí s jádrem dalšího atomu a rozštěpí ho, je velmi malá, proto se neutrony zpomalují pomocí tzv. moderátoru. Moderátor tvoří jádra lehká, po nárazu do něj ztratí neutron část své kinetické energie a zpomalí se. Pak je již pravděpodobnost srážky neutronu s atomem paliva větší. Ideální moderátor by měl zpomalit neutron hned při první srážce a neměl by způsobovat žádné pohlcování neutronů.

Látky používané jako moderátor:

Aktivní zónou je protlačováno chladivo, které slouží jako teplonosné medium pro odvod tepla vzniklého štěpením. Jako chladivo se používají:

Výkon reaktoru se reguluje přímo v aktivní zóně zasouváním nebo vysouváním řídicích tyčí, které obsahují silný absorbér neutronů (bór, kadmium). Pohlcením části neutronů dochází k omezení jaderné reakce. Používají se tři skupiny řídicích tyčí:

Tyče jsou řízené elektronickými obvody. Při zapůsobení bezpečnostního systému se automaticky přeruší napájení všech elektropohonů, které udržují regulační kazety vysunuté v horních polohách, a všechny regulační tyče se vlastní vahou zasunou do aktivní zóny. Tak dojde během několika sekund k zastavení štěpné reakce.

Na obr. 27 jsou vidět zasouvající se tyče při nadměrném zvýšení výkonu reaktoru.

Reaktor se spouští umělým zdrojem neutronů, který se vkládá do aktivní zóny (plutonio-beryliový článek). Neutrony přecházejí ze zdroje do paliva a začnou ho štěpit, regulační tyče se přitom pomalu vysouvají z aktivní zóny, až tok neutronů dosáhne požadované intenzity a dojde k zapálení reaktoru a štěpení atomů. Výkon se postupně zvyšuje na 15; 35; 55; 75; 90 až 100 % jmenovitého výkonu (trvá to asi 2 měsíce), pak se přejde na provoz s turbosoustrojím (zkušební provoz).