Основным узлом атомной подводной лодки является цилиндрический реактор, охлаждаемый водой под давлением и забранный в кожух из толстых листов углеродистой стали. Диаметр его почти два, а высота примерно три метра. Каналы реактора состоят из циркония. Проницаемость этого металла для нейтронов в шестнадцать раз больше, чем у нержавеющей стали. Кроме того, он не подвергается коррозии, не чувствителен к ударам и обладает хорошей теплопроводностью.
Реактор окружен цилиндрическим котлом, в который нагнетается под давлением морская вода, для защиты экипажа от радиоактивного излучения. Диаметр этого котла 2,7 м, высота — 7,6 м. Автоматические приборы, связанные со счетчиком Гейгера, регулируют спуск радиоактивной воды. Одновременно вода отделяет реактор от теплообменника. Специальные приборы показывают степень радиоактивного заражения в тракте циркуляции пара, не имеющем системы защиты от излучений.
В качестве теплоносителя используют обычно дистиллированную воду. Замедлителем для торможения нейтронов служит графит или тяжелая вода. Питается реактор стержнями из урана-238, обогащенного ураном-235. Урановые стержни вставляются коаксиально в холодные трубки, через которые протекает теплоноситель, вся же система таких трубок размещается в активной зоне реактора, заполненной замедлителем.
Корпус реактора покрыт изнутри слоем вещества, отражающего нейтроны обратно в активную зону. Как уже упоминалось, снаружи реактор закрыт кожухом из углеродистой стали, окруженным первичным экраном биологической защиты. Этот экран абсорбирует проникающие сквозь отражатель нейтроны и гамма-лучи.
В процессе ядерной реакции выделяется тепло, которое передается теплоносителю (в данном случае теплоносителем служит дистиллированная вода). Эта нагретая до весьма высокой температуры вода прокачивается циркуляционным насосом по замкнутому циклу через трубопровод в парогенератор, отдающий в свою очередь тепло во вторичный контур. Отсюда вода попадает обратно в теплонакопитель и поднимается по трубкам к тепловыделяющим элементам, которые вновь доводят ее до перегретого состояния.
Из парогенератора пар устремляется в сепараторы, а оттуда, по главному паропроводу, — к машинам. Отработанный пар идет в конденсатор. Этим заканчивается вторичный цикл.
Чтобы перегретая вода не обратилась в пар еще в первичном контуре, ее следует нагнетать под высоким давлением. Высокая скорость циркуляции воды обеспечивает интенсивную теплоотдачу.
Энергетическая установка подводной лодки занимает довольно много места: примерно половину общего объема внутренних помещений корабля. Габариты реактора таковы, что ширина атомной подводной лодки оказывается существенно большей, чем у дизельных лодок.