核电站反应堆发生失水事故时会释放出大量的放射性物质，安全壳作为最后一道核安全屏障，能够防止放射性物质扩散污染周围环境。安全壳结构可能的其他功能是，在运行工况和事故工况期间提供屏蔽，将运行工况下放射性物质的释放降至最低限度，也是反应堆厂房的围护结构，保护反应堆及设备运行系统免受外界的冲击、碰撞等不利影响。安全壳结构是体态庞大的特种容器结构，是核电厂的标志性构筑物。

反应堆安全壳按结构分为单层壳和双层壳。双层壳的内壳称为主安全壳，主要承受失水事故产生的内部压力，外壳称为次级安全壳，起预防外部冲击和生物屏蔽作用；两层之间留有环形空间，并保持一定的负压，即使主安全壳出现局部泄漏，也可确保放射性物质不易向外界扩散。

安全壳按材料可分成钢安全壳、钢筋混凝土安全壳及预应力混凝土安全壳。

钢安全壳，结构整体均由钢板焊接而成，钢板的厚度通常控制在40毫米以内。一般用作主安全壳，建造在与其相脱离的混凝土次级安全壳内部。世界上第一批投入商业运行核电站均采用了球形和圆筒形钢安全壳结构，尺寸较小。从20世纪60年代开始，随着反应堆功率的提高，出现了内径超过30米的圆筒形安全壳。70年代，为了适应大功率核电站的工艺布置，出现了球径达60米左右的钢球壳。由于工艺比较成熟，钢安全壳仍被大量采用。

钢筋混凝土安全壳，结构整体均由普通钢筋混凝土现场浇注而成，安全壳内侧附着6毫米左右的薄钢板起到密封的作用。60年代初美国采用了带有薄的碳钢衬里的钢筋混凝土单层安全壳，它由内径超过30米的圆筒壳和半球顶组成。为了能够承受失水事故产生的压力和温度作用，钢筋混凝土安全壳通常采用密布的粗钢筋配置。由于这种安全壳外表面的抗拉性能差，易开裂，已很少采用。

预应力混凝土安全壳，在普通钢筋混凝土安全壳结构的基础上，施加了预应力，大大提高了安全壳结构的抗拉性能。60年代中期应用于法国的EL4核电站，即使用预应力混凝土安全壳，其后在美国、加拿大等国迅速推广并有所发展。预应力混凝土安全壳大致经历了3代：第一代预应力混凝土安全壳的特点是采用扁穹顶，预应力体系分为穹顶钢束、筒身竖向钢束和筒身环向钢束，筒壁环向预应力钢束由6个扶壁柱锚固，所用钢束的极限承载力较低，筒壁施加的预压应力较高。第二代也采用扁穹顶，预应力体系与第一代相同。但筒壁扶壁柱减少到3个，单根钢束的承载力增大1倍，由于充分发挥普通钢筋的作用，筒壁柱的预压应力有所降低。第三代则把扁穹顶改为半球顶，省去了传统的环梁，改善了安全壳结构的受力性能。穹顶的预应力钢束也与筒壁的竖向钢束合二为一，环向锚固扶壁减少到两个，因而比第二代更经济合理。安全壳内侧附着薄钢板或涂刷环氧树脂起到密封作用。在预应力混凝土安全壳结构中，预应力钢束即可采用水泥浆灌注实现有黏结预应力体系，也可灌注油脂或石蜡等防腐润滑材料，从而实现无黏结预应力体系。中国已经运行和在建的核电站绝大多数采用预应力混凝土安全壳。 

安全壳的设计首先应考虑反应堆发生失水事故时，冷却剂外逸所造成的内压和温度变化。此外，还应计及恒载、活荷载、雪荷载、风荷载、施工荷载以及各种外界的不利因素如地震、龙卷风、海啸及其他飞射物的冲击、飞机撞击、化工厂爆炸等灾害的影响。

由于反应堆冷却剂带有极强的放射性，故对安全壳的泄漏率也须严格限制。一般规定24小时内在设计事故压力下的泄漏量不超过安全壳自由容积空气总质量的0.1%～0.5%。因此，对于安全壳上数以百计的各种贯穿件、阀门、管道以及壳体结构本身，必须具有良好的密封措施。对钢筋混凝土或预应力混凝土单层安全壳，均需采用整体性完好的衬里板以保证安全壳的气密性。大多数衬里采用薄的碳钢板。衬里板应可靠地锚固在混凝土壳体壁上，内表面应涂有防腐层。

为了满足放射性屏蔽的要求，安全壳的筒壁较厚，自重较大，整个反应堆厂房作用在地基上的压力可达0.5兆帕以上，因此必须选择具有良好承载力的地基基础。

根据安全要求，在安全壳设计中必须注意壳体结构的完整性和可靠性。除了采用严格可靠的计算手段外，对安全壳的材料、制作和检验等方面也都要有严格的质量控制。

钢安全壳因带有大型闸门和其他数以百计的贯穿件，故施工比一般容器复杂。补强区钢板比较厚，因此焊接和焊后热处理较困难。安全壳总体的密封要求高，探伤和检验的工作量很大。典型的中等功率核电站的圆筒形钢安全壳的用钢量可达3000吨，现场施工期约1年。

预应力混凝土安全壳与钢筋混凝土安全壳的施工有相似之处，前者只增加后张法预应力的工序。筒壁部分的钢衬里趋向于用大组件现场拼装，以便混凝土筒壁能单边滑模施工。穹顶部分的钢衬里可用托架支承组装，也可在地面组装后整体吊装。穹顶往往先灌筑厚度约20厘米的混凝土初筑层，然后利用初筑层壳体作为支承，再灌筑其余的混凝土。个别安全壳把穹顶锚固肋加大，使穹顶混凝土可沿环向分圈向中心连续灌筑而不必分层。混凝土凝固后，将预应力钢束穿入壳体中的预设孔道即可张拉；张拉结束后，要及时将防腐油脂或水泥浆注入预应力孔道之中，对钢束和锚具进行密封防腐保护。80万千瓦核电站的预应力安全壳约需混凝土1.4万立方米，预应力钢束近1000吨，施工期约需2～3年。