鈾一杯循環

生產堆的主要用途是將天然鈾中的鈾-238轉換成裂變物質鈽-239作為核武器的裝料。生產堆一般採用天然金屬鈾做燃料，這是因為金屬鈾的原子密度最高、伴生俘獲中子損失最小，有利於核燃料的轉換成鈽-239。通常每燒掉一個鈾-235原子只能得到0.8個鈽-239原子，因此生產堆燃料的轉換比約為0.8。鈽的產量與反應堆功率及運行時間是成正比的。反應堆功率愈大，轉換比愈大則產鈽量就愈高。一般各國設計的生產鈽的反應堆，每克鈾-235裂變大約釋放出1兆瓦日的能量，因此通常可以粗略地估算每兆瓦熱功率每天能生產1克鈽。由於核武器用的鈽-239裝料要限制鈽-240的含量（通常要小於7%，因此，生產堆燃料的燃耗不能太深，一般要求為幾百兆瓦日/噸鈾，造成換料頻繁，所需提供的燃料元件量很大，因而必須有大規模的燃料元件製造廠和後處理廠與之配套。世界上一些國家初期建造的生產堆熱工參數低，無法利用其熱能，只能排放於空氣或江河中。為提高生產堆的經濟性有的國家將單純的生產堆發展成生產、發電兩用堆。