對(duì)直接使用天然鈾的反應(yīng)堆(如石墨慢化氣冷堆)或含3％鈾—235的濃縮鈾反應(yīng)堆(如壓水堆)，絕大多數(shù)鈾—235被消耗掉，同時(shí)有些鈾一238轉(zhuǎn)化為钚—239。然而消耗掉的材料質(zhì)量大約僅占原始天然鈾質(zhì)量的1％。剩下來(lái)的就是鈾—235化了的鈾(鈾—235含量約為o．2％)，這種鈾不能直接使用。

      “增殖”反應(yīng)堆的優(yōu)點(diǎn)是，它利用了這種被視為無(wú)用的原材料。為此，通過(guò)使用可裂變物質(zhì)含量較高的核燃料(在現(xiàn)行的钚或鈾一235反應(yīng)堆中約占15—20％)，實(shí)現(xiàn)鈾—238向钚—239的轉(zhuǎn)換。這樣就無(wú)需使用慢化劑。  

      增殖堆中钚核裂變釋放的三個(gè)中子當(dāng)中，有一個(gè)用來(lái)維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(擊中另一個(gè)钚核，將其分裂，并產(chǎn)生三個(gè)新中子等)；第二個(gè)中子總是被鈾—238核俘獲并再生(增殖)最初裂變掉的钚核；第三個(gè)中子或被吸收(被結(jié)構(gòu)性或保護(hù)性材料所俘獲)，或被鈾—238核再俘獲，因此產(chǎn)生比開(kāi)始時(shí)稍多的钚。這并非“永恒的運(yùn)動(dòng)”，因?yàn)橄牡氖氢櫋?38，但人們期望快中子增殖堆能提高鈾的利用率，也就是使將天然鈾釋放的能量增加50到80倍。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)增長(zhǎng)，輻照燃料經(jīng)后處理，以回收反應(yīng)堆中產(chǎn)生的钚，這種钚被用來(lái)生產(chǎn)新燃料，又回到反應(yīng)堆中去，如此反復(fù)。這種循環(huán)已在法國(guó)鳳凰反應(yīng)堆中重復(fù)了3次。

      盡管在增殖堆中試圖用氦作冷卻劑，但由于核燃料釋放的高能量密度和高熱通量，不能使用氣體排熱。為避免中子減速，以促進(jìn)增殖，也不能用水作冷卻劑(盡管水中的氫是極好的慢化劑)。解決這一問(wèn)題的方法是，用液態(tài)金屬鈉將從核燃料釋放出的熱量傳遞給蒸氣發(fā)生器。

      快中子增殖堆原理圖：燃料元件所含钚的數(shù)量足以省卻慢化劑。為增加鈾—238對(duì)中子的俘獲并替代消耗掉的钚，堆芯產(chǎn)生的熱量通過(guò)在一回路系統(tǒng)中循環(huán)的液態(tài)鈉導(dǎo)出。鈉受中子流影響帶有效射性。為避免放射性鈉和水起反應(yīng)而帶來(lái)的危險(xiǎn)，采用了雙層鈉熱交換系統(tǒng)（圖中綠色部分）將堆芯的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器。其余部分類(lèi)似于其它原理圖。