罗切斯特理工学院物理学兼职教授 P. Andrew Karam 解释说。
核反应堆通过裂变产生能量，裂变是指原子核分裂成两个或多个较小原子核的过程。在裂变过程中，少量质量转化为能量，这些能量可用于驱动发电机发电。为了利用这种能量，需要受控的链式反应才能发生裂变。当反应堆中的铀核分裂时，会产生两个或多个中子，这些中子随后会被其他原子核吸收，导致它们也发生裂变。反过来会释放出更多的中子，从而实现连续裂变。
裂变产生的中子具有高能量并以极快的速度移动。这些所谓的高速中子不像移动较慢的中子那样有效地引起裂变，因此在大多数反应堆中，它们会通过慢化过程减速。液体或气体慢化剂（通常是水或氦）会将中子冷却到引发裂变的最佳能量。这些较慢的中子也称为热中子，因为它们被带到与周围冷却剂相同的温度。
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然而，与大多数普通核反应堆相比，快反应堆使用诸如液态钠之类的非高效慢化剂的冷却剂，因此其中子保持高能量。尽管这些高速中子不太擅长引起裂变，但它们很容易被铀的一种同位素 (U238) 捕获，然后变成钚 (Pu239)。这种钚同位素可以再加工并用作更多反应堆燃料或用于制造核武器。可以设计反应堆以最大化钚的生产，在某些情况下，它们实际上产生的燃料多于消耗的燃料。这些反应堆被称为增殖反应堆。
增殖反应堆之所以可能，是因为自然界中存在的铀同位素的比例。天然铀主要由不易裂变的 U238 和易裂变的 U235 组成。然而，天然铀不适合在核反应堆中使用，因为它只有 0.72% 的 U235，这不足以维持链式反应。商业核反应堆通常使用铀燃料，其 U235 含量已浓缩至 3% 到 8% 之间（按重量计）。虽然 U235 主要发生裂变，但燃料中超过 90% 的原子是 U238——潜在的中子捕获目标和未来的钚原子。
当 U238 捕获中子时产生的 Pu239，形成 U239，然后经历两次 β 衰变，恰好比 U235 更容易裂变。Pu239 在每个反应堆中形成，并且在反应堆运行时也会发生裂变。事实上，核反应堆可以从这种钚裂变中获得大量能量。但是，由于这种钚会裂变，因此会减少燃料中剩余的量。因此，为了最大化钚的生产，反应堆必须尽可能多地产生钚，同时最大限度地减少分裂量。
这就是为什么许多增殖反应堆也是快反应堆的原因。高速中子是钚生产的理想选择，因为它们很容易被 U238 吸收以产生 Pu239，并且它们引起的裂变比热中子少。一些快中子增殖反应堆可以产生的燃料比它们使用的燃料多 30%。
然而，在核反应堆中产生额外的燃料并非没有问题：其中一个问题是，所产生的钚可以被移除并用于核武器。另一个问题是，为了提取钚，必须对燃料进行再加工，从而产生放射性废物，并可能导致高辐射暴露。出于这些原因，在美国，卡特总统停止了这种乏燃料再处理，使得增殖反应堆的使用成为问题。
美国建造了两个实验性增殖反应堆，但都没有商业化发电。密歇根州的恩里科·费米核电站是美国第一个快中子增殖反应堆，但仅从 1963 年运行到 1972 年，之后由于工程问题导致许可证续签失败并随后退役。美国唯一其他商业快中子增殖反应堆——田纳西州的克林奇河核电站的建设在 1983 年因国会削减资金而停止。在世界其他地方，目前只有印度、俄罗斯、日本和中国拥有运营中的快中子增殖反应堆计划；英国、法国和德国实际上已经关闭了他们的计划。