انرژی هسته ای روشی برای تولید الکتریسیته با مهار انرژی آزاد شده از شکافتن اتم ها است که به نام شکافت هسته ای شناخته می شود. این فناوری نقشی محوری در ترکیب انرژی جهان ایفا می کند و منبع قوی برق را بدون انتشار مستقیم گازهای گلخانه ای ارائه می دهد. درک اصول اساسی، عملکرد و تأثیر آن بینش انتقادی را در مورد عملکرد و ارتباط آن در جامعه مدرن ارائه می دهد.
شکافت هسته ای زمانی اتفاق می افتد که هسته یک اتم همراه با آزاد شدن انرژی به دو یا چند هسته کوچکتر تقسیم می شود. این فرآیند می تواند زمانی آغاز شود که یک هسته یک نوترون را جذب کند. ساده ترین مثال شامل اورانیوم-235 ( \(^{235}\) U)، یک ایزوتوپ طبیعی است. وقتی \(^{235}\) U یک نوترون را جذب می کند، ناپایدار می شود و به دو اتم کوچکتر (محصولات شکافت)، همراه با دو یا سه نوترون دیگر و مقدار زیادی انرژی تقسیم می شود. معادله زیر یک واکنش شکافت هسته ای ساده شده را نشان می دهد:
\({}^{235}U + n \rightarrow {}^{92}Kr + {}^{141}Ba + 3n + \textrm{انرژی}\)
این انرژی آزاد شده برای تولید برق در نیروگاه های هسته ای مهار می شود.
یک نیروگاه هسته ای بر اساس اصل استفاده از گرمای تولید شده توسط شکافت هسته ای برای تولید بخار کار می کند و سپس توربین متصل به یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد. اجزای اصلی درگیر در این فرآیند عبارتند از: راکتور، سیستم خنک کننده، مولد بخار، توربین و ژنراتور.
انرژی هسته ای چندین مزیت از جمله چگالی انرژی بالا، انتشار گازهای گلخانه ای کم در حین کار و قابلیت اطمینان را ارائه می دهد. با این حال، چالش هایی مانند مدیریت زباله های رادیواکتیو، خطر تکثیر هسته ای و احتمال وقوع حوادث فاجعه بار را نیز به همراه دارد.
سوخت هسته‌ای مصرف‌شده و سایر زباله‌های رادیواکتیو تولید شده توسط نیروگاه‌های هسته‌ای نیاز به مدیریت دقیق، پردازش و ذخیره‌سازی طولانی‌مدت دارند. تکنیک‌های مدیریت زباله‌های هسته‌ای شامل دفع زمین‌شناسی، جایی که زباله‌ها در اعماق زمین دفن می‌شوند، و پردازش مجدد برای بازیابی سوخت قابل استفاده است.
بسیاری از کشورها از انرژی هسته ای به عنوان بخش مهمی از ترکیب انرژی خود استفاده می کنند، از جمله ایالات متحده، فرانسه، چین و روسیه. فرانسه، به ویژه، به دلیل استخراج درصد قابل توجهی از برق خود از انرژی هسته ای، نشان دهنده پتانسیل این فناوری برای کاهش اتکا به سوخت های فسیلی است.
در حالی که نیروگاه‌های هسته‌ای حداقل گازهای گلخانه‌ای را در حین کار منتشر می‌کنند، چرخه حیات انرژی هسته‌ای، از جمله استخراج، پردازش سوخت و مدیریت زباله، به اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند. پرداختن صحیح به این جنبه ها برای به حداقل رساندن ردپای اکولوژیکی انرژی هسته ای بسیار مهم است.
انرژی هسته ای جزء حیاتی چشم انداز انرژی جهانی است و منبع برق با ظرفیت بالا و کم کربن را ارائه می دهد. توسعه و استقرار آن، متعادل با ملاحظات ایمنی، مدیریت زباله و حفاظت از محیط زیست، همچنان مسیری را به سوی راه حل های انرژی پایدار ارائه می دهد.
