Podle způsobu odvodu tepla z reaktoru a jeho využití k výrobě páry se rozlišují elektrárny tří typů. Elektrárny s tlakovodními a plynem chlazenými reaktory jsou koncipovány jako dvouokruhové, tj. mají dva oddělené oběhové okruhy (obrázek 16). Primární okruh sestává z reaktoru, systému cirkulace chladiva a výměníku tepla. Cirkulace chladiva je u tlakovodních reaktorů zajištěna čerpadly, u plynových dmýchadly.
V jednookruhové elektrárně je chladicí médium reaktoru současně pracovním médiem pro pohon turbíny. Toto uspořádání je typické pro elektrárny s varnými reaktory, kde pára vzniká při varu chladiva přímo v aktivní zóně, odkud se vede do turbíny. Jednookruhová elektrárna tedy nemá výměník tepla.
Elektrárny s rychlými reaktory jsou tříokruhové. Chladivem je roztavený sodík, který je v důsledku zachytávání neutronů vysoce radioaktivní. Kdyby se sodík při případné poruše dostal do styku s vodou sekundárního okruhu, došlo by při reakci s vodou k uvolnění radioaktivity. Proto je mezi primárním okruhem a okruhem vyrábějícím páru vložen další okruh s cirkulujícím kapalným sodíkem, který však již není radioaktivní, protože není vystaven neutronovému záření v aktivní zóně.
Ze všech částí, které tvoří složitou strukturu jaderné elektrárny, zmiňme alespoň ty nejdůležitější (dvouokruhové elektrárny).
Nejdůležitější části jaderné elektrárny - primární okruh a další bezpečnostní a pomocná zařízení - jsou uzavřeny v ochranné obálce nazývané kontejnment. Kontejnment má plnit dvě základní funkce: chránit okolí elektrárny před následky případné havárie i za normálního provozu a chránit reaktor a další součásti primárního okruhu před vnějšími vlivy. Je to velká, obvykle železobetonová budova ve tvaru válce nebo koule, umístěná buď nad zemí nebo pod zemí. Kontejnment je konstruován takovým způsobem, aby odolal vnitřnímu tlaku, který by vznikl v případě největší projektové havárie - prasknutí hlavního potrubí primárního okruhu - a aby nepropustil do okolí více radioaktivních látek, než je zákonem dovoleno. Také musí s dostatečnou rezervou odolat všem vnějším vlivům a útokům, jako je například pád letadla. Ke všem těmto účelům zahrnuje systém kontejnmentu budovu, sprchování vnitřního systému, ventilační systém a hermetizační zařízení.
Sprchový systém se spouští v případě havárie spojené se ztrátou chladiva a plní následující funkce: ochlazuje atmosféru kontejnmentu, čímž snižuje vnitřní přetlak; odstraňuje štěpné produkty, zejména radiojódy z atmosféry kontejnmentu; odstraňuje štěpné produkty ulpívající na vnitřních plochách kontejnmentu.
Primárním okruhem je nazýván soubor zařízení, jejichž úkolem je řídit štěpnou řetězovou reakci a odvádět teplo při ní vznikající. Hlavní částí primárního okruhu je reaktor.
Primární okruh ve světě nejrozšířenějšího reaktoru PWR vypadá takto: Na reaktor je napojeno několik cirkulačních smyček, kterými proudí chladicí voda odvádějící teplo vzniklé při reakci z aktivní zóny reaktoru. Každá cirkulační smyčka se skládá z parogenerátoru, hlavního cirkulačního čerpadla a potrubí, které tato zařízení a reaktor vzájemně propojuje.
V parogenerátoru předává voda ohřátá v reaktoru z 289°C na 320°C svou tepelnou energii vodě sekundárního okruhu. Ta se přeměňuje na páru o vysokém tlaku a teplotě, která proudí dále do turbíny. Voda primárního a sekundárního okruhu se v parogenerátoru nemísí, protože oba okruhy jsou uzavřené a oddělené. Parogenerátor představuje rozhraní mezi primárním a sekundárním okruhem.
Součástí primárního okruhu jsou dále kompenzátor objemu chladicí vody, bezpečnostní systémy a havarijní systémy. Úkolem kompenzátoru objemu je zamezovat změnám objemu a tlaku chladiva, vznikajícím v důsledku změn teploty a regulovat tlak v primárním okruhu na hodnotě, při níž voda s vysokou teplotou nemůže začít vřít.
Havarijní chladicí systém má za úkol zajistit chlazení aktivní zóny a zabránit přehřátí paliva v případě havarijní ztráty chladiva nebo při přerušení cirkulace chladiva.
Je také třeba udržovat čistotu chladiva, k čemuž slouží objemová a chemická regulace. V primárním chladivu se za provozu reaktoru hromadí produkty štěpení jaderného paliva, korozní produkty a produkty okysličování a radiačního rozpadu vlastního paliva. Pro udržení čistoty chladiva je nutno jeho část trvale odebírat, čistit a vracet zpět do primárního okruhu. Základními způsoby čištění chladiva jsou filtrace nebo frakční destilace.
V případě odstavení reaktoru je třeba jej dochladit do studeného stavu. Způsob dochlazování závisí na konkrétním druhu reaktoru. Plynem chlazené reaktory nemívají speciální dochlazovací systém a dochlazování se provádí hlavními cirkulačními dmychadly. Vodou chlazené reaktory jsou vybaveny dochlazovacím okruhem, který se uplatňuje v pozdější fázi odstavení reaktoru, kdy zbytkový výkon reaktoru klesne na 1% nominální hodnoty. Reaktor se pak dochlazuje tím způsobem, že z výstupního potrubí reaktoru se odebírá část průtočného množství chladiva, ochlazuje se v dochlazovacích výměnících a vrací se do vstupního potrubí téže cirkulační smyčky.
Sekundární okruh elektrárny je název pro soubor zařízení, která přeměňují pohybovou energii páry na energii elektrickou. V sekundárním okruhu nejsou žádná jaderná zařízení a nevyskytují se zde ani radioaktivní látky.
Turbína a generátor jsou spolu pevně propojeny a tvoří tzv. turbogenerátor. Rotor generátoru je opatřen budicím vinutím, jehož pomocí se indukuje magnetické pole. Elektrický proud vzniká ve vinutích statoru generátoru.
Cyklus vody a páry v sekundárním okruhu je uzavřený. Pára je poté, co projde turbínou, odváděná do kondenzátorů, kde se chladí a sráží zpět na vodu. Po několika nezbytných úpravách (přečištění, ohřátí) se stává tzv. napájecí vodou, která je potrubím přiváděna zpět do parogenerátorů, kde se vypaří. Z parogenerátoru pára znovu proudí do turbíny.
V kondenzátorech, kde pára kapalní, se hromadí dále nevyužitelná tepelná energie. Chladit tyto kondezátory je úkolem hlavního chladicího okruhu elektrárny. Voda, která kondenzátorům teplo odebírá, je odváděna do chladicích věží. Voda je ve věži vedena vzhůru, rozprašována systémem sprch a ochlazována odspodu proudícím studeným vzduchem. Ochlazená voda stéká do sběrné nádrže, bazénu nacházejícího se pod věží. Odtud voda vyspádovanými kanály stéká k čerpadlům, která zajišťují její cirkulaci chladicím okruhem a která ji znovu dopraví do kondenzátorů.
Při chlazení vody ve věžích se z ní část odpaří, část je ve formě drobných kapiček odnesena proudícím vzduchem. Proto je třeba vodu do třetího chladícího okruhu neustále doplňovat.
Pro případ ztráty hlavního i rezervního elektrického napájení vlastní spotřeby je elektrárna vybavena nouzovými zdroji elektrické energie. Tyto zdroje jsou schopny elektricky napájet systémy, které jsou důležité z hlediska jaderné bezpečnosti.
