Els tres objectius principals del sistema de seguretat dels reactors nuclears, tal com els defineix la Comissió Reguladora Nuclear dels Estats Units, són aturar el reactor, mantenir-lo en estat d'aturada i evitar l'alliberament de material radioactiu.
Sistema de protecció del reactor (RPS) Un sistema de protecció de reactor està dissenyat per aturar immediatament la reacció nuclear. En trencar la reacció nuclear en cadena, s'elimina la font de calor. Aleshores es poden utilitzar altres sistemes per eliminar la calor de desintegració del nucli. Totes les centrals nuclears tenen algun tipus de sistema de protecció de reactor.
Barres de control Les barres de control són una sèrie de barres que es poden inserir ràpidament al nucli del reactor per absorbir neutrons i acabar ràpidament la reacció nuclear. Normalment estan compostes d'actínids, lantànids, metalls de transició i bor, en diversos aliatges amb suport estructural com l'acer. A més de ser absorbents de neutrons, els aliatges utilitzats també han de tenir com a mínim un baix coeficient d'expansió tèrmica perquè no s'encallin a altes temperatures, i han de ser autolubricants metall sobre metall, perquè a les temperatures experimentades pels nuclis dels reactors nuclears, la lubricació amb oli s'embrutaria massa ràpidament.
Injecció de seguretat / control de líquid en espera Els reactors d'aigua bullent poden fer un SCRAM (cicle de reacció en cadena) completament amb l'ajuda de les seves barres de control. En cas d' accident per pèrdua de refrigerant (LOCA), la pèrdua d'aigua del sistema de refrigeració primari es pot compensar amb aigua normal bombada al circuit de refrigeració. D'altra banda, el sistema de control de líquids en espera (SLC) (SLCS) consisteix en una solució que conté àcid bòric, que actua com a verí de neutrons i inunda ràpidament el nucli en cas de problemes per aturar la reacció en cadena.
Els reactors d'aigua pressuritzada també poden fer un SCRAM (cicle de reacció aleatori) del reactor amb l'ajuda de les seves barres de control. Els PWR també utilitzen àcid bòric per fer ajustaments precisos al nivell de potència del reactor, o reactivitat, mitjançant el seu Sistema de Control Químic i de Volum (CVCS). En el cas dels LOCA, els PWR tenen tres fonts d'aigua de refrigeració de reserva: injecció a alta pressió (HPI), injecció a baixa pressió (LPI) i tancs d'inundació del nucli (CFT). Tots utilitzen aigua amb una alta concentració de bor.
Sistema d'aigua de servei essencial miniatura|Torre de refrigeració a la central nuclear de Philippsburg, Alemanya El sistema essencial d'aigua de servei (ESWS) fa circular l'aigua que refreda els intercanviadors de calor de la planta i altres components abans de dissipar la calor al medi ambient. Com que això inclou el refredament dels sistemes que eliminen la calor de desintegració tant del sistema primari com de les basses de refrigeració de les barres de combustible gastat, l'ESWS és un sistema crític per a la seguretat.Pre-construction safety report - Sub-chapter 9.2 – Water Systems AREVA NP / EDF, published 2009-06-29, accessed 2011-03-23 Com que l'aigua s'extreu sovint d'un riu adjacent, del mar o d'una altra gran massa d'aigua, el sistema es pot contaminar amb algues, organismes marins, contaminació per petroli, gel i deixalles. En llocs sense una gran massa d'aigua on dissipar la calor, l'aigua es recircula a través d'una torre de refrigeració.
La fallada de la meitat de les bombes ESWS va ser un dels factors que van posar en perill la seguretat durant la inundació de la central nuclear de Blayais de 1999,Generic Results and Conclusions of Re-evaluating the Flooding in French and German Nuclear Power Plants J. M. Mattéi, E. Vial, V. Rebour, H. Liemersdorf, M. Türschmann, Eurosafe Forum 2001, published 2001, accessed 2011-03-21The great lesson France has to learn from Fukushima Deciphering Fukushima, published 2011-03-08, accessed 2012-05-08 mentre que es va produir una pèrdua total durant els accidents nuclears de Fukushima I i Fukushima II el 2011.
Sistemes de refrigeració de nuclis d'emergència miniatura|250x250px|HPCI i LPCI com a part d'ECCS actiu Els sistemes de refrigeració d'emergència del nucli (ECCS) estan dissenyats per aturar de manera segura un reactor nuclear durant condicions d'accident. L'ECCS permet a la planta respondre a una varietat de condicions d'accident (per exemple , LOCA) i, a més, introduir redundància perquè la planta es pugui aturar fins i tot amb una o més fallades del subsistema. A la majoria de plantes, l'ECCS està compost pels següents sistemes:
Sistema d'injecció de refrigerant d'alta pressió El sistema d'injecció de refrigerant a alta pressió (HPCI) consisteix en una o diverses bombes que tenen la pressió suficient per injectar refrigerant al vas del reactor mentre està pressuritzat. Està dissenyat per controlar el nivell de refrigerant al vas del reactor i injectar-lo automàticament quan el nivell baixa per sota d'un llindar. Aquest sistema normalment és la primera línia de defensa d'un reactor, ja que es pot utilitzar mentre el vas del reactor encara està altament pressuritzat.
Sistema de despressurització automàtica miniatura|250x250px|ECCS passiu El sistema de despressurització automàtica (ADS) consisteix en una sèrie de vàlvules que s'obren per ventilar vapor a diversos peus sota la superfície d'una gran piscina d'aigua líquida (coneguda com a pou humit, torus o piscina de supressió) en contencions de tipus supressió de pressió (normalment utilitzades en dissenys de reactors d'aigua bullent), o directament a l'estructura de contenció primària en altres tipus de contencions, com ara contencions grans seques o condensadores de gel (normalment utilitzades en dissenys de reactors d'aigua a pressió). L'accionament d'aquestes vàlvules despressuritza el recipient del reactor i permet que funcionin sistemes d'injecció de refrigerant a baixa pressió, que tenen capacitats molt grans en comparació amb els sistemes d'alta pressió. Alguns sistemes de despressurització són automàtics en funcionament, mentre que d'altres poden requerir que els operadors els activin manualment. En els reactors d'aigua a pressió amb grans contencions de condensadors secs o de gel, les vàlvules del sistema s'anomenen vàlvules d'alleujament accionades per pilot.
Vàlvula d'alleujament de vapor Les vàlvules d'alleujament, també conegudes com a vàlvula d'alleujament de pressió (PRV) o vàlvula d'alleujament de seguretat (SRV), formen part d'un grup de vàlvules que es poden utilitzar en cas de sobrepressió al reactor o durant la transició entre el mode de funcionament normal i l'aturada per reduir la pressió al recipient del reactor o a les línies de vapor. Aquestes vàlvules solen descarregar vapor al pou humit (que es condensa), tal com s'ha esmentat anteriorment per al sistema de despressurització automàtica (ADS), que també descarrega al pou humit.
Sistema d'injecció de refrigerant a baixa pressió Un LPCI és un sistema d'emergència que consisteix en una bomba que injecta un refrigerant al vas del reactor un cop s'ha despressuritzat. En algunes centrals nuclears, un LPCI és un mode de funcionament d'un sistema d'eliminació de calor residual, també conegut com a RHR o RHS, però generalment anomenat LPCI. Tampoc és una vàlvula o sistema independent.
Sistema de polvorització central (només en BWR) Aquest sistema utilitza ruixadors (canonades equipades amb una sèrie de petites boquilles de polvorització) dins del recipient a pressió del reactor per polvoritzar aigua directament sobre les barres de combustible, suprimint la generació de vapor. Els dissenys de reactors poden incloure la polvorització del nucli en modes d'alta i baixa pressió.
Sistema de polvorització de contenció Aquest sistema consisteix en una sèrie de bombes i ruixadors que ruixen refrigerant a la part superior de l'estructura de contenció primària. Està dissenyat per condensar el vapor en líquid dins de l'estructura de contenció primària per tal d'evitar la sobrepressió i la sobretemperatura, que podrien provocar fuites, seguides d'una despressurització involuntària.
Sistema de refrigeració d'aïllament Aquest sistema sovint funciona mitjançant una turbina de vapor per proporcionar prou aigua per refredar el reactor de manera segura si l'edifici del reactor està aïllat dels edificis de control i turbines. Les bombes de refrigeració accionades per turbines de vapor amb controls pneumàtics poden funcionar a velocitats ajustables controlades mecànicament, sense bateria, generador d'emergència ni energia elèctrica externa. El sistema de refrigeració d'aïllament és un sistema defensiu contra una condició coneguda com a apagada de l'estació. Aquest sistema no forma part de l'ECCS i no té una funció d'accident per baix nivell de refrigerant. Per als reactors d'aigua a pressió, aquest sistema actua al circuit de refrigeració secundari i s'anomena sistema d'aigua d'alimentació auxiliar accionat per turbina. En els reactors d'aigua bullent, aquest sistema actua al circuit de refrigeració primari, també conegut com a circuit de refrigeració principal (MCC). Aquest sistema s'anomena sistema de refrigeració d'aïllament del nucli del reactor (RCIC).
Sistemes elèctrics d'emergència En condicions normals, les centrals nuclears reben energia d'un generador. Tanmateix, durant un accident, una central pot perdre l'accés a aquesta font d'alimentació i, per tant, pot haver de generar la seva pròpia energia per abastir els seus sistemes d'emergència. Aquests sistemes elèctrics solen constar de generadors dièsel i bateries.
Generadors dièsel Els generadors dièsel s'utilitzen per alimentar el lloc durant situacions d'emergència. Normalment tenen una mida que permet que un sol pot proporcionar tota l'energia necessària perquè una instal·lació s'apagui durant una emergència. Les instal·lacions tenen diversos generadors per a la redundància. A més, els sistemes que cal apagar el reactor tenen fonts elèctriques separades (sovint generadors separats) perquè no afectin la capacitat d'apagada.
Volants d'inèrcia del motor generador La pèrdua d'energia elèctrica es pot produir sobtadament i pot danyar o debilitar els equips. Per evitar danys, els motogeneradors es poden connectar a volants d'inèrcia que poden proporcionar energia elèctrica ininterrompuda als equips durant un breu període. Sovint s'utilitzen per proporcionar energia elèctrica fins que el subministrament elèctric de la planta es pot canviar a les bateries i/o als generadors dièsel.
Bateries Les bateries sovint formen el sistema elèctric de reserva redundant final i també són capaces de proporcionar prou energia elèctrica per apagar una planta, obrir certes vàlvules o alimentar els equips de la sala de control. També es poden utilitzar per engegar els EDG (" Generadors dièsel d'emergència ").
Sistemes de contenció Els sistemes de contenció estan dissenyats per evitar l'alliberament de materials radioactius al medi ambient.
Revestiment de combustible El revestiment de combustible és la primera capa de protecció al voltant del combustible nuclear i està dissenyat per protegir el combustible de la corrosió que escamparia el material combustible per tot el circuit de refrigeració del reactor. En la majoria dels reactors, pren la forma d'una capa metàl·lica o ceràmica segellada. També serveix per atrapar productes de fissió, especialment els que són gasosos a la temperatura de funcionament del reactor, com ara el criptó, el xenó i el iode. El revestiment no constitueix un blindatge i s'ha de desenvolupar de manera que absorbeixi la menor radiació possible. Per aquest motiu, s'utilitzen materials com el magnesi i el zirconi per les seves baixes seccions transversals de captura de neutrons.
Vas del reactor