핵분열이 가능한 핵종을 "핵분열성 동위원소"라고 한다. U-233, U-235, Pu-239 등이 있다.

핵분열이 불가능하지만, 중성자를 흡수하여 핵분열성 동위원소를 만들어내는 것들이 있다. "핵원료성 원소" 라고 한다. U-238, Th-232가 있다.

핵분열성 동위원소 원자 N개가 핵분열 할 때, 거기서 튀어나온 중성자가 핵연료성 원소에 흡수되어서 변환을 일으켜 N*C 개의 새로운 핵분열성 동위원소가 생성된다. 이때의 C를 증식비(Breeding Ratio)라고 한다.

N개가 핵분열을 하였고, 핵연료 속의 핵원료성 원소가 변환되어 N*C개의 핵분열성 동위원소가 새로 생성되었다.

다시 N*C개가 핵분열을 하였고, 핵연료 속의 핵원료성 원소가 변환되어 N*C*C개의 핵분열성 동위원소가 새로 생성되었다.

다시 N*C*C개가 핵분열을 하였고, 핵연료 속의 핵원료성 원소가 변환되어 N*C*C*C개의 핵분열성 동위원소가 새로 생성되었다.

...

이 과정을 무한히 반복한다면

(핵연료성 원소를 무한히 공급해주고, C가 1보다 작을 경우)

N + NC + N*C^2 + N*C^3 + N*C^4 + ... = NC/(1-C) 개의 핵분열성 동위원소가 생성될 것이다.

천연우라늄으로 채워져있는 임계원자로가 있다고 가정하자.

천연우라늄이므로 이 안에는 핵분열성(U-235)도, 핵원료성(U-238)도 있다.

1000개의 U-235 원자가 핵분열한다고 하자. 그러면 중성자가 2000~3000개 가까이 나올 것이다.

그 중 254개의 중성자는 핵원료성 물질인 U-238에 공명흡수될 것이고,

640개의 중성자가 U-238에 열흡수될 것이다.

나머지 중성자들은, U-235에 흡수되어서 감마선 방출하며 U-236을 만들거나,

핵분열 생성물(크세논 135같은 중성자 단면적 큰 물질)이 중성자를 먹어버리면서 독작용(Poisning)을 일으키거나 하겠지.

결과적으로 1000개의 U-235원자가 핵분열로 소모되고, 254+640 = 894개의 중성자가 U-238에 흡수되었고, U-238에 흡수된 중성자는 두번의 베타붕괴를 거쳐 양성자로 바뀌고, 이로 인해 U-238이 핵분열성 동위원소인 Pu-239로 변환된다.

그래서 증식비는 (254+640 = 894) / (1000) = 0.894이다.

U-235 원자가 1000개 핵분열 할때마다, U-238원자 894개가 Pu-239로 변환된다는 뜻이다.

1kg의 U-235가 임계원자로 내에서 핵분열로 소비된다고 하면, 1000N_a/235개의 원자가 소비되는 것이므로(N_a는 아보가드로 수)

C*1000N_a/235 = 0.894*1000N_a/235개의 Pu-239 원자가 생성된다. 이는 0.894*239/235kg = 0.909kg의 Pu-239이다.

따라서 이 임계원자로에서 U-235 1kg이 핵분열로 소모될 때마다 0.909kg의 Pu-239가 생성되는 것이다.

이렇게 생겨난 Pu-239도 중성자를 받으며 핵분열을 하여 원자로의 열을 더해준다. 우리가 쓰는 원자로의 전기에는 플루토늄으로 얻어낸 에너지가 일부 섞여있는 셈이다.

3~5% 농축 연료를 쓰는 고리 원자력발전소같은 경수로는 일반적으로 0.6의 증식비를 가진다.

천연우라늄을 쓰는 월성 원자력발전소같은 중수로는 일반적으로 0.8의 증식비를 가진다.

중수로의 증식비가 좀더 높은 이유는, 연료를 수시로 갈아끼우기 때문에 독작용(Poisning)으로 중성자를 뺏기는 일이 덜하기 때문이다.

일반적인 경수로, 중수로에서는 증식비 C의 값이 1이하이지만,

C값을 1보다 크게 만들면,

처음 투입한 핵분열성 원소 < 이후 생성된 핵분열성 원소

가 되어버린다. 핵분열성 원소만 보면 양이 늘어난 셈이 되는 것이다. 때문에 이를 증식(Breeding) 이라고 한다.

증식비 C가 1보다 작으면, 일반적으로 변환(Conversion)이라고 하고, 증식비 C가 1보다 크면, 일반적으로 증식(Breeding)이라고 하는 것이다.

마찬가지로 원자로도 C값이 1보다 작으면 변환로(Converter)라고 하고, C값이 1보다 크면 증식로(Breeder)라고 한다.

고속 증식로(Fast Breeder)는 고속중성자를 사용하기에 고속 증식로라고 불리는데, 증식비가 제법 높은 원자로다. 주로 액체금속을 쓴다.

위에서 보듯이 일반적인 경수로를 이용해서도 변환이 가능하기에, 잘 개조하면 경수로를 증식로로 만들 수도 있다. 그러나 독작용 등 기본적인 경수로의 특성상 액체금속을 쓰는 고속 증식로의 증식비는 못 따라온다.

일례로, 쉬핑포트 원자력발전소는 경수로를 증식로로 개조해서 1.01의 증식비를 달성했는데

러시아의 BN-350 원자력발전소는 액체금속을 쓰는 증식로이고 1.2의 증식비를 달성하였다.