Nước nhẹ

Nước nhẹ là một trong những chất tải nhiệt phổ biến nhất được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân. Trong nước tự nhiên có chứa một lượng nhỏ nước nặng (0,017%), các khí hòa tan và các hợp chất khác nhau. Sự xuất hiện của khí hòa tan và các hợp chất làm tăng tốc độ phản ứng hóa học của nước với kim loại. Chính vì vậy mà trước khi được sử dụng làm chất tải nhiệt, nước nhẹ được làm sạch khỏi các hợp chất và khí hòa tan bằng nhiều phương pháp khác nhau (ví dụ như chưng cất, khử khí,...).

Trong vòng tuần hoàn thứ nhất nước nhẹ bị nhiễm phóng xạ. Các tạp chất trong nước chính là nguồn phóng xạ chủ yếu. Các tạp chất xuất hiện trong quá trình ăn mòn thùng lò, vùng hoạt hoặc các thanh nhiên liệu,... Nồng độ của các tạp chất nhiễm xạ này có thể giảm mạnh khi người ta tiến hành lọc. Dưới tác dụng của neutron, hạt nhân Oxy xảy ra phản ứng: 18O(n, γ)19O; 16O(n, p)16N tạo ra các hạt nhân phóng xạ 19O (T½=29,4 с) và 16N (T½=4 с). Tuy nhiên độ phóng xạ của 19O và 16N nhỏ hơn rất nhiều so với độ phóng xạ của các tạp chất trong nước.

Nước nhẹ có những ưu điểm lớn như: cực kỳ phổ biến, khó gây cháy nổ, không độc hại đối với con người và giá thành rất rẻ.

Nhược điểm của nước trong vai trò của chất tải nhiệt đó là nhiệt độ sôi thấp (100 °C ở áp suất 1 atm) và khả năng hấp thụ các neutron nhiệt cao. Nhược điểm đầu tiên được khắc phục bằng cách tăng ấp suất trong vòng tuần hoàn thứ nhất (lên tới 16 MPa). Để cân bằng sự hấp thụ neutron của nước nhẹ, người ta sử dụng uranium đã được làm giàu làm nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân nhiệt.

Nước nặng

Nước nặng ít khác biệt so với nước nhẹ về tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học. Điểm khác biệt lớn nhất giữa hai loại nước này đó là: nước nặng hầu như không hấp thụ neutron. Nhờ vậy mà khi sử dụng nước nặng làm chất tải nhiệt và chất làm chậm, người ta có thể xây dựng các lò phản ứng hạt nhân sử dụng nhiên liệu là uranium tự nhiên (tức là không cần làm giàu). Tuy nhiên nước nặng ít được sử dụng trong công nghiệp năng lượng hạt nhân bởi giá thành của nó rất cao.

Kim loại lỏng

Natri là một trong những kim loại phố biến được sử dụng làm chất tải nhiệt. Natri phản ứng mạnh mẽ với hầu hết các kim loại khác ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp, điều này được giả thích bởi tạp chất akít trong natri. Khi được loại bỏ các akít này natri không còn phản ứng với các kim loại khác như Mo, Zr, thép không gỉ,... ở nhiệt độ 600—900 °C.

Chất lỏng hữu cơ

Qua nghiên cứu và kiểm nghiệm, một số chất lỏng hưu cơ như polyphenyl có thể sử dụng làm chất tải nhiệt bởi chúng rất bền vững ở điều kiện nhiệt độ và cường độ phóng xạ cao. Tuy nhiên, các chất lỏng hưu cơ này có một nhược điểm cực lớn, đó là chúng ít bền vừng với các dòng netron, cho nên trong các Lò phản ứng hạt nhân công nghiệp, người ta ít ứng dụng loại chất tải nhiệt này.

Các loại khí

Cacbon điôxít là chất tải nhiệt dạng khí phố biến nhất. Giá thành không đắt, nhiệt dung riêng lớn (so với các loại khí khác). Cường độ ăn mòn của CO2 đối với các kim loại phụ thuộc vào thành phần có Oxy trong nó. Oxy xuất hiện trong khí CO2 giống như tạp chất và được tạo thành trong quá trình phân ly CO2 ở nhiệt độ cao thành Cacbon mônôxít CO và oxy O2.