พลังงานนิวเคลียร์เป็นวิธีการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยควบคุมพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการแยกอะตอม ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแยกตัวของนิวเคลียร์ เทคโนโลยีนี้มีบทบาทสำคัญในการผสมผสานพลังงานของโลก โดยเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีศักยภาพโดยไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยตรง การทำความเข้าใจหลักการพื้นฐาน การดำเนินงาน และผลกระทบทำให้เกิดข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับหน้าที่และความเกี่ยวข้องในสังคมยุคใหม่
การแยกตัวของนิวเคลียร์เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมแบ่งออกเป็นนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กกว่าสองนิวเคลียสขึ้นไปพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน กระบวนการนี้สามารถเริ่มต้นได้เมื่อนิวเคลียสจับนิวตรอน ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดเกี่ยวข้องกับยูเรเนียม-235 ( \(^{235}\) U) ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เมื่อ \(^{235}\) U ดูดซับนิวตรอน มันก็จะไม่เสถียรและแบ่งออกเป็นอะตอมที่มีขนาดเล็กกว่าสองอะตอม (ผลฟิชชัน) พร้อมกับนิวตรอนอีกสองหรือสามตัวและพลังงานจำนวนมาก สมการด้านล่างแสดงปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแบบง่าย:
\({}^{235}U + n \rightarrow {}^{92}Kr + {}^{141}Ba + 3n + \textrm{พลังงาน}\)
พลังงานที่ปล่อยออกมานี้จะถูกนำไปใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานบนหลักการของการใช้ความร้อนที่เกิดจากการแยกตัวของนิวเคลียร์เพื่อผลิตไอน้ำ จากนั้นจะขับเคลื่อนกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ส่วนประกอบหลักที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้คือเครื่องปฏิกรณ์ ระบบหล่อเย็น เครื่องกำเนิดไอน้ำ กังหัน และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
พลังงานนิวเคลียร์ให้ประโยชน์หลายประการ รวมถึงความหนาแน่นของพลังงานสูง การปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่ำระหว่างการดำเนินงาน และความน่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม ยังนำเสนอความท้าทายต่างๆ เช่น การจัดการกากกัมมันตภาพรังสี ความเสี่ยงในการแพร่กระจายของนิวเคลียร์ และโอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุร้ายแรง
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วและกากกัมมันตภาพรังสีอื่นๆ ที่เกิดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จำเป็นต้องมีการจัดการ การแปรรูป และการเก็บรักษาอย่างระมัดระวังในระยะยาว เทคนิคในการจัดการกากนิวเคลียร์ ได้แก่ การกำจัดทางธรณีวิทยา โดยที่ของเสียถูกฝังลึกใต้ดิน และการนำกลับมาแปรรูปเพื่อนำเชื้อเพลิงที่ใช้ได้กลับมาใช้ใหม่
หลายประเทศใช้พลังงานนิวเคลียร์เป็นส่วนสำคัญของการผสมผสานพลังงานของตน รวมถึงสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส จีน และรัสเซีย โดยเฉพาะอย่างยิ่งฝรั่งเศส มีความโดดเด่นในด้านการผลิตกระแสไฟฟ้าจำนวนมากจากพลังงานนิวเคลียร์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีในการลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล
แม้ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยที่สุดในระหว่างดำเนินการ แต่วงจรชีวิตของพลังงานนิวเคลียร์ รวมถึงการขุด การแปรรูปเชื้อเพลิง และการจัดการของเสีย ล้วนมีส่วนทำให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การจัดการประเด็นเหล่านี้อย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญในการลดผลกระทบทางนิเวศน์ของพลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์ยังคงเป็นองค์ประกอบสำคัญของภูมิทัศน์พลังงานทั่วโลก โดยเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีความจุสูงและมีคาร์บอนต่ำ การพัฒนาและการนำไปใช้งานซึ่งสมดุลกับการพิจารณาด้านความปลอดภัย การจัดการของเสีย และการปกป้องสิ่งแวดล้อม ยังคงมอบเส้นทางสู่การแก้ปัญหาพลังงานที่ยั่งยืน
