原子炉内の核連鎖反応を維持するための鍵は、平均して、各核分裂イベントから放出された中性子の正確な一つを使用して、別の核分裂イベント（別の核分裂可能な核内）を刺激することである。 反応器の形状を慎重に設計し、反応性に影響を与えるように存在する物質を慎重に制御することにより、自立した連鎖反応または”臨界”を達成し、維持することができる。,
天然ウランは、主に238Uとはるかに少ない量（約0.72重量％）の235U.238Uの様々な同位体の混合物からなり、約1MeV以上の比較的エネルギーの中性子によってのみ核分裂することができる。 238uの量は、核分裂プロセスによって放出されるよりも多くの中性子を寄生的に吸収する傾向があるため、”臨界”にすることはできません。 一方、235Uは自己持続的連鎖反応をサポートすることができますが、235Uの天然存在量が低いため、天然ウランは単独で臨界を達成することはできません。,
“裸の”臨界質量がない天然または低濃縮ウランのみを使用して臨界を達成するためのトリックは、放出された中性子を（吸収せずに）十分に利用可能な235Uの少量でさらなる核分裂を引き起こす可能性がある点まで減速させることである。 （天然ウランのバルクである238Uも高速中性子で核分裂可能である。）これは、中性子の運動エネルギーのほぼすべてを吸収し、周囲の物質との熱平衡に達するまで減速する中性子減速材の使用を必要とする。, 238Uは”共鳴”吸収として知られる反応である中間運動エネルギー準位を持つ中性子を吸収する可能性が高いため、中性子エネルギー緩和プロセスをウラン燃料自体から物理的に分離することが中性子経済に有益であることが分かっている。 これは、燃料と減速材の均質な混合を与える任意の形状ではなく、減速材によって囲まれた別々の固体燃料セグメントを有する原子炉を設計するための基本的な理由である。,
水は優れた減速材を作ります;水分子中の通常の水素またはプロチウム原子は、単一の中性子に非常に質量が近いので、それらの衝突は、二つのビリヤードボールの衝突に概念的に類似した運動量の非常に効率的な移動をもたらします。 しかし、良い減速材であるだけでなく、通常の水も中性子を吸収するのに非常に効果的です。, したがって、通常の水を減速材として使用すると、非常に多くの中性子を容易に吸収し、燃料中の小さな孤立した235U核との連鎖反応を維持するには このため、軽水炉では、235U同位体を濃縮ウランとしてウラン燃料に濃縮する必要があり、一般的には3重量％から5重量％の235U（このプロセス濃縮プロセスからの副産物は劣化ウランとして知られており、主に238uからなり、化学的に純粋である）。, 軽水減速材による臨界を達成するために必要な濃縮度は、原子炉の正確な形状および他の設計パラメータに依存する。
このアプローチの一つの複雑さは、一般的に構築し、操作するために高価であるウラン濃縮施設の必要性です。 235Uを濃縮するために使用されるのと同じシステムは、核兵器を製造するのに適した、はるかに”純粋な”兵器級の材料（90％以上の235U）を製造するためにも使用することができる。, これはいかなる手段によっても些細なことではなく、濃縮施設が重大な核拡散リスクをもたらすほど十分に実現可能である。
この問題に対する代替的な解決策は、水ほど容易に中性子を吸収しない減速材を使用することである。 この場合、潜在的に放出されている中性子のすべてが減速化され、235Uとの反応に使用することができ、その場合、天然ウランには臨界を維持するのに十分な235Uが存在する。 そのような減速材の一つは、重水、または重水素-酸化物である。, それは軽水と同様の方法で中性子と動的に反応するが（重水素、または重水素は、水素の約二倍の質量であることを考えると、平均してより少ないエネルギー移動ではあるが）、それはすでに軽水が通常吸収する傾向がある余分な中性子を持っている。
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