砌体用作石墨水冷电堆的慢化剂和反射器。石墨砌体中有两三个水平通道（水平堆叠）或垂直通道（垂直堆叠）。在这些通道中插入可更换的石墨套管，并在套管中插入铝合金工艺管道，用来将冷却水与石墨慢化剂分离。工艺管道内壁上有凸筋，以保持工艺管道和燃料元件之间的间隙。石墨砌体各部分的温度不均匀。通过改变石墨套筒和工艺管道之间的间隙以及工艺管道中的水流，可以部分调整砌体温度，使其温度分布更加平坦。通常，燃料元件由棒制成，直径约为35-38毫米，长度约为100-200毫米。为了提高比功率并使元件的径向燃耗均匀，还使用了管状燃料元件。
在核反应堆的早期开发中，采用开放式冷却模式。即让河流流经反应堆堆芯，含热量的水也会排入河流。由于耗水量大、排水中放射性水平高、环境保护问题突出等原因，该方法已停止使用，并广泛采用闭式冷却方法，即冷却水从堆芯流出，热量输出反应堆，热量通过热交换器传输到另一回路侧的水，然后通过主泵返回反应堆堆芯，形成闭合循环主冷却回路或主回路。处理一回路水的热量有两种方法：一种是通过热交换器将一回路的热量传递到二回路水，然后通过冷却塔或河水将其冷却，将热量排放到环境中。另一种方法是通过热交换器将热量传递到废热利用系统，以向外界提供热量或作为发电的热源。天然铀冷堆的一个重要特点是后备反应性（在没有任何控制毒物的条件下反应堆超临界的正反应性数值。用于调节功率、补偿负的反应性系数、运行燃耗和裂变产物的积累等，其大小与反应堆的类型、运行工况和换料周期有关）很小。
早期石墨水冷电堆的反应性随着温度的升高而增加，反应堆功率也随之增加（所谓“正温度效应”），这导致反应性增加，直到反应堆被置于外部中子吸收器（控制棒等）的控制之下，或导致堆芯熔化等恶性事故。例如1986年位于乌克兰切尔诺贝利的切尔诺贝利核电站石墨慢化大功率管式反应堆由于功率剧增而发生熔毁，使大量危险放射性物质被释放到环境中。切尔诺贝利核事故在《国际核事件分级表》中是第一项被分类为第七级最严重的事件。切
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