Kjerneenergi

Kjernekraft, også kalt kjerneenergi eller upresist kalt atomkraft, er bruken av kjernereaksjoner som utløser atomenergi for energiproduksjon, fortrinnsvis elektrisk. Den omdanner vann til damp for å drive dampturbiner for å produsere elektrisitet i et kjernekraftverk. Begrepet omfatter fisjon, radioaktivitet og fusjon. Det anvendes grunnstoffer i aktinoidserien i periodesystemet til fisjon, som produserer det aller meste av kjernekraften som anvendes til energiproduksjon. Det finnes også andre prosesser som utnytter kjernekraft, blant annet i radioisotopgeneratorer. Indirekte utnyttes kjernekraft ved bruk av geotermisk energi, resten utgjøres av smale nisjeanvendelser, som ubåter og isbrytere.
I et kjernekraftverk skjer kjernereaksjonene i en stor beholder kalt atomreaktor. Her blir vann varmet opp til høy temperatur slik at det dannes damp, og denne benyttes så til å drive dampturbiner. Reaktoren kan dermed på mange måter sammenlignes med dampkjelen i et konvensjonelt varmekraftverk. Den har kontrollmekanismer for å regulere dampproduksjonen, og den er ofte omgitt av tykke betongvegger for å beskytte omgivelsene i tilfelle en ulykke.
Sivil bruk av kjernekraft produserte 2500 Terawatt-timer (TWh) med elektrisitet i 2019, noe som tilsvarer om lag 10% av verdens elektrisitetsproduksjon. Nest etter vannkraft er kjernekraft den største kilden til elektrisitet produsert med lavt utslipp av CO₂. I 2021 var det 444 sivile fisjonsreaktorer i verden, som til sammen har en produksjonskapasitet på 396 gigawatt (GW).
Kontrollerte fisjonsprosesser som skjer i et kjernekraftverk er en av de ledende metoder for å produsere elektrisitet med lave utslipp av karbondioksid. De totale klimagassutslippene per enhet energi generert over hele livssyklusen er lavere enn de fleste kilder til fornybar energi. En stor del av dagens utbygging av kjernekraft skjer i Kina, der det er et presserende behov for å få kontroll over forurensning fra kullkraftverkene.
Et kjernekraftverk kan ikke eksplodere som en atombombe fordi det ikke er stor nok konsentrasjon av uran-235 i reaktoren. Kjernekraftulykker eller ulykker som har resultert i utslipp av fisjonsprodukter med middels til lang levetid og forurensning av bebodde områder, har skjedd i generasjon I- og II-reaktorer konstruert mellom 1950 og 1980. Dette var tilfelle ved Tsjernobyl-ulykken som skjedde i 1986, Fukushima-ulykken i 2011 og Three Mile Island-ulykken i 1979. Det har også vært noen atomubåtulykker. I form av tapte liv per enhet produsert energi viser analyser at kjernekraft har forårsaket færre dødsfall enn andre store energikilder. Energiproduksjon fra kull, olje, naturgass og vannkraft har forårsaket et større antall omkomne per enhet energi. Dette er på grunn av blant annet luftforurensning og eksplosjoner.
Kjernekraft er et kontroversielt politisk tema i mange land. Tilhengere som for eksempel World Nuclear Association og Environmentalists for Nuclear, hevder at kjernekraft er en trygg, bærekraftig energikilde som reduserer klimagassutslippene. Motstandere, som for eksempel Greenpeace og Nuclear Information and Resource Service, hevder at kjernekraft utgjør mange trusler mot mennesker og naturmiljø. Spesielt er det utfordringene rundt lagring av såkalt atomavfall som utgjør en stor del av uenighetene. En del av dette avfallet vil være skadelig for levende organismer i tusenvis av år.
Fysikeren Ernest Rutherford oppdaget i 1932 at når litiumatomer ble «spaltet» av protoner fra en protonakselerator, ble enorme mengder energi frigjort i samsvar med masseenergiloven. Men han og andre pionerer innenfor kjernefysikk, som Niels Bohr og Albert Einstein, trodde at utnyttelse av energien fra atomer for praktiske formål i den nære fremtiden var usannsynlig.
Samme år oppdaget Rutherfords doktorgradsstudent James Chadwick nøytronet, som umiddelbart ble anerkjent som et potensielt verktøy for kjernefysisk eksperimentering på grunn av sin mangel på elektrisk ladning. Eksperimenter med bombardement av materialer med nøytroner, ledet av Frédéric og Irène Joliot-Curie, førte til oppdagelsen av indusert radioaktivitet i 1934. Dette gjorde det mulig å produsere radium-lignende grunnstoffer, til en mye lavere kostnad enn å fremskaffe naturlig radium. Videre arbeid ledet av Enrico Fermi i 1930-årene fokuserte på å bruke termiske nøytroner for å øke effektiviteten av indusert radioaktivitet. Eksperimenter med å bombardere uran med nøytroner fikk Fermi til å tro at han hadde skapt et nytt uranlignende grunnstoff, som ble kalt hesperium.
I 1938 utførte den tyske kjemikeren Otto Hahn og Fritz Strassmann, sammen med den østerrikske fysikeren Lise Meitner og Meitners nevø Otto Robert Frisch, eksperimenter med produkter av nøytron-bombardert uran, dette for videre undersøkelse av Fermis teorier. De fant ut at et relativt lite nøytron splittet kjernen av massive uranatomer i to omtrent like store deler. Resultatet betydde en motsigelse av det Fermi hadde funnet, noe som også ble oppfattet som et svært overraskende resultat. Alle andre former for radioaktiv nedbrytning involverte bare små endringer i massen av kjernen, mens denne prosess som ble kalt «fisjon» førte til et fullstendig sammenbrudd. Ordet fisjon ble valgt som en henvisning til celledeling i biologien. Mange forskere, blant andre Leó Szilárd, anerkjente at hvis fisjonsreaksjoner avgir flere nøytroner, vil en selvdrevet nukleær kjedereaksjon finne sted. Da dette ble eksperimentelt bekreftet og annonsert av Frédéric Joliot-Curie i 1939, var det mange forskere i andre land, deriblant USA, Storbritannia, Frankrike, Tyskland og Sovjetunionen, som ba sine myndigheter om støtte til forskning innenfor fisjon. Det var klart at dette kunne bli et avgjørende våpen i den kommende verdenskrigen, senere kjent som atomvåpen.
I USA, som både Fermi og Szilárd hadde utvandret til, førte forskningen frem til etableringen av den første menneskeskapte reaktoren, kjent som Chicago Pile-1, som oppnådde såkalt kritikalitet den 2. desember 1942. Dette arbeidet var bare en del av Manhattanprosjektet, som gjorde bruk av anriket uran og bygget store reaktorer for å få plutonium for bruk i de første kjernefysiske våpen, som senere ble sluppet over Hiroshima og Nagasaki.
En pocketbok som utkom i 1945 med tittelen The Atomic Age varslet at fredelig atomkraft ville bli tatt i bruk i hverdagslige sammenhenger, samt at fossilt brensel ville gå ut av bruk. Vitenskapsforfatteren David Dietz skrev at i stedet for å fylle bensintanken på en bil to eller tre ganger i uken, vil folk kunne fylle energi i bilen for et år av gangen med bare en pellets med atombrensel på størrelse med en vitaminpille. Glenn T. Seaborg, som ledet Atomic Energy Commission, skrev «det vil komme atomdrevne skyttelbusser mellom jorden og månen, atomdrevne kunstige hjerter, plutoniumoppvarmede svømmebassenger for dykkere, og mye mer». Disse optimistiske spådommene forblir enda uoppfylte.
Storbritannia, Canada, og Sovjetunionen gikk i løpet av siste del av 1940- og begynnelsen av 1950-årene i gang med storstilt forskning på atomreaktorer. Også mindre land som Norge tok del i denne forskningen, både for militære og sivile anvendelser. I dag er forskningen i Norge organisert ved Institutt for energiteknikk. Elektrisitet ble generert for første gang av en atomreaktor den 20. desember 1951 fra Experimental Breeder Reactor I, et eksperimentelt kjernekraftverk i nærheten av Arco i Idaho. Dette kraftverket produserte cirka 100 kW. President Dwight Eisenhower holdt i 1953 talen «Atomer for fred» i FN, der han understreket behovet for raskt å utvikle fredelig bruk av kjernekraft. Dette ble etterfulgt av «Atomic Energy Act of 1954», som tillot hurtig nedgradering av amerikansk reaktorteknologi og oppmuntret til utvikling av teknologien i privat sektor.
Den 27. juni 1954 ble det sovjetrussiske Obninsk kjernekraftverk verdens første til å produsere elektrisk kraft som ble forsynt inn på distribusjonsnettet. Det hadde en ytelse på rundt 5 MW.
I 1954 uttalte Lewis Strauss, som da var leder av Atomic Energy Commission (forløperen til US Nuclear Regulatory Commission og United States Department of Energy), at elektrisitet i fremtiden ville bli «for billig til å måles». Strauss henviste sannsynligvis til hydrogenfusjon, som på denne tiden i hemmelighet ble utviklet som en del av Project Sherwood, men Strauss' uttalelse ble tolket som et løfte om veldig billig energi fra kjernefysisk fisjon. United States Atomic Energy Commission hadde selv gitt langt mer realistiske uttalelser om fisjon til den amerikanske kongressen bare noen måneder før, der det ble sagt at «kostnadene kan bringes ned...[til]...omtrent det samme som prisen på elektrisitet fra konvensjonelle kilder...».
Den «første Genève-konferanse» ble holdt i 1955 da verdens største sammenkomst for forskere og ingeniører ble arrangert for å diskutere kjernekraftteknologien. I 1957 ble EURATOM stiftet innenfor det europeiske økonomiske fellesskap (nå EU). Det samme året ble også Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA) stiftet.
Verdens første kommersielle kjernekraftverk, Calder Hall atomkraftverk ved Windscale i England, ble åpnet i 1956 med en kapasitet på 50 MW. Dette ble senere utvidet til 200 MW. Det første kommersielle kjernekraftverket i USA var Shippingport Atomic Power Station i Pennsylvania, som ble satt i drift i desember 1957. En av de første institusjonene til å utvikle kjernekraft var United States Navy, med den hensikt å drive ubåter og hangarskip. Den første atomdrevne ubåt, USS «Nautilus», ble sjøsatt i desember 1954.
United States Army hadde også sitt kjernekraftprogram, som ble startet i 1954. SM-1 Nuclear Power Plant, ved Fort Belvoir i Virginia, var den første atomreaktoren i USA som leverte elektrisk energi til kraftnettet, noe som skjedde i april 1957. SL-1 var en amerikansk militær eksperimentell kjernekraftreaktor ved National Reactor Testing Station i Idaho. Denne hadde en dampeksplosjon og nedsmelting i januar 1961 som drepte tre operatører. I Sovjetunionen skjedde det i Mayakanlegget en rekke ulykker; deriblant en eksplosjon som frigjorde 50–100 tonn høyradioaktivt avfall, forurenset et stort område i det østlige Ural og forårsaket mange dødsfall og skader. Det sovjetiske regimet holdt denne ulykken hemmelig i rundt 30 år. Ulykken ble vurdert til seks på INES-skalaen, som totalt har syv nivåer. Dette er den tredje mest alvorlige ulykken ved et atomkraftverk, bare overgått av katastrofene som skjedde i Tsjernobyl og Fukushima.
Total installert kjernefysisk ytelse steg relativt raskt, fra mindre enn 1 GW i 1960 til 100 GW mot slutten av 1970-årene, og videre til 300 GW i slutten av 1980-årene. Siden slutten av 1980-årene har kapasiteten på verdensbasis økt mye saktere, og nådde 366 GW først i 2005. Mellom rundt 1970 og 1990 var mer enn 50 GW av kapasiteten under bygging, med så mye som over 150 GW som ble startet opp fra slutten av 1970-årene og begynnelsen av 1980-årene. I 2005 var det rundt 25 GW ny kapasitet under planlegging. Mer enn to tredjedeler av alle kjernefysiske anlegg som var under planlegging fra januar 1970 ble til slutt avlyst. Bare i USA ble i alt 63 planlagte atomkraftverk mellom 1975 og 1980 aldri noe av.
I løpet av 1970- og 1980-årene økte kostnadene for bygging av atomkraftverk mye, en viktig årsak var forlenget byggetid på grunn av regulatoriske endringer og rettssaker igangsatt av pressgrupper. I tillegg var det fallende priser på energi fra fossile kilder, noe som førte til at atomkraftverk som da var under bygging ble mindre attraktive. I 1980-årene oppstod det i USA, og senere i 1990-årene i Europa, en utflating av elektrisitetsforbruket, samt en liberalisering av markedene for elektrisk energi. Dette førte til at store grunnlastverker, som atomkraftverkene representerer, ble mindre interessante.
Oljekrisen i 1973 hadde en stor negativ innvirkning på energiforsyningen i enkelte land, som for eksempel Frankrike og Japan, der en i stor grad hadde basert seg på olje for elektrisk kraftproduksjon, med henholdsvis 39 % og 73 %. Disse landene begynte etter dette å investere tungt i kjernekraft.
En viss lokal opposisjon mot kjernekraft begynte å dukke opp i begynnelsen av 1960-årene, og i slutten av 1960-årene begynte også enkelte vitenskapsfolk å uttrykke sin bekymring. Disse betenkelighetene var knyttet til kjernekraftulykker, spredning av kjernefysisk materiale, de høye kostnadene ved atomkraftverkene, kjernefysisk terrorisme og radioaktiv avfallshåndtering. I begynnelsen av 1970-årene var det store protester mot et foreslått kjernekraftverk i Wyhl i Vest-Tyskland. Prosjektet ble kansellert i 1975, og anti-atomsuksessen fra Wyhl inspirerte motstanden mot kjernekraft i andre deler av Europa og i Nord-Amerika. I midten av 1970-årene gikk anti-atomaktivismen videre fra å være lokale protester, til å få bred appell og innflytelse slik at kjernekraft ble en stor protestsak. Selv om det manglet én koordinerende organisasjon og motstanden ikke hadde noe ensartet mål, fikk bevegelsen mye oppmerksomhet. I noen land nådde kjernekraftkonflikten en «intensitet enestående i historien om teknologikontroverser».
I Frankrike var det mellom 1975 og 1977 ti demonstrasjoner mot atomkraft der tilsammen 175 000 personer protesterte. I Vest-Tyskland var det mellom februar 1975 og april 1979 over 280 000 personer involvert i syv demonstrasjoner ved atomkraftverk. I kjølvannet av Three Mile Island-ulykken i 1979 var det 120 000 personer som deltok på en demonstrasjon mot atomkraft i Bonn. En marsj og samling mot kjernekraft i Washington, D.C., i mai 1979 hadde anslagsvis 65 000 deltagere, og i september samme år samlet det seg 200 000 mennesker til protest i New York. Organisasjoner mot atomkraft dukket opp i alle land som hadde et kjernekraftprogram.
Atomulykken på Three Mile Island i 1979 og Tsjernobyl-ulykken i 1986 spilte en stor rolle i å stoppe nye anlegg fra å bli bygget i mange land, selv om tankesmien Brookings Institution sier at nye atomkraftverk ikke ble bygget i USA på grunn av lav etterspørsel etter elektrisitet, samt kostnadsoverskridelser ved bygging på grunn av regulatoriske forhold og forsinkelser. I slutten av 1970-årene ble det klart at kjernekraft ikke ville vokse like dramatisk som mange en gang hadde trodd. Til slutt ble mer enn 120 planlagte atomreaktorer i USA avlyst, og bygging av nye reaktorer stoppet opp. Den 11. februar 1985 hadde magasinet Forbes et stort oppslag som beskrev svikten i det amerikanske kjernekraftprogrammet slik: «den rangerer som den største katastrofen i den økonomiske historien».
I motsetning til Three Mile Island-ulykken, påvirket ikke den mye mer alvorlige Tsjernobyl-ulykken utformingen av regelverket for vestlige atomreaktorer, siden Tsjernobyl-reaktorene var av den mer problematiske RBMK-typen. Denne utformingen har kun blitt brukt i Sovjetunionen, og skiller seg fra andre konstruksjoner ved at den for eksempel mangler en robust reaktorbygning rundt reaktorene. Mange av disse RBMK-reaktorene er fortsatt i bruk. Imidlertid ble det i ettertid gjort endringer på selve reaktorene ved bruk av en sikrere anrikning av uran, samt endringer for å forebygge at sikkerhetssystemer kan deaktiveres. Dette ble gjort for å redusere risikoen for nye ulykker i denne reaktortypen.
En internasjonal organisasjon for å fremme sikkerhetsforståelse og faglig utvikling for operatører i atomanleggene har blitt opprettet, kjent som World Association of Nuclear Operators (WANO).
Opposisjonen i Irland og Polen har hindret atomprogrammer der, mens Østerrike (1978), Sverige (1980) og Italia (1987) i folkeavstemninger stemte for å ikke bygge nye atomkraftverk eller fase ut eksisterende kjernekraft. I juli 2009 vedtok det italienske parlamentet en lov som kansellerer resultatene av en tidligere folkeavstemning og tillot umiddelbar oppstart av et italiensk atomprogram. Etter Fukushima-ulykken ble det gitt ett års moratorium på kjernekraftutvikling, etterfulgt av en folkeavstemning hvor over 94 % av velgerne (oppmøtet 57 %) forkastet planene om ny atomkraft.
Siden 2001 har uttrykket kjernefysisk renessanse blitt brukt for å referere til en mulig positiv utvikling for kjernekraftindustrien, drevet av stigende priser for fossile energikilder og nye bekymringer for å nå målene om klimagassreduksjoner. I 2012 kunne World Nuclear Association melde om at kraftproduksjonen fra atomkraftverk var på sitt laveste nivå siden 1999. Per januar 2016 er imidlertid 65 nye atomkraftreaktorer under bygging. Over 150 ble planlagt, tilsvarende nesten halvparten av kapasiteten på denne tiden.
Kjernekraftulykken i 2011 ved det japanske Fukushima Daiichi, som skjedde i en reaktorkonstruksjon fra 1960-årene, førte til en revurdering av atomsikkerhet og retningslinjene for atomenergi i mange land. Tyskland iverksatte planer for å stenge alle sine reaktorer innen 2022, og Italia har igjen bekreftet et forbud mot atomkraft, dog ikke import, av elektrisitet fra kjernekraft. I 2011 halverte det internasjonale energibyrået sitt tidligere estimat for ny produksjonskapasitet for kjernekraft som skal bygges frem mot 2035. Japan signerte i 2013 en avtale verdt 22 milliarder US Dollar, som innebærer at Mitsubishi Heavy Industries skal bygge fire moderne tredjegenerasjons trykkvannsreaktorer i Tyrkia. Japan startet sine atomreaktorer i august 2015, etter fire år nesten uten kraftproduksjon fra atomkraft etter Fukushima-ulykken. Dette skjedde etter sikkerhetsoppgraderinger hadde blitt gjennomført, der Sendai kjernekraftverk var det første som ble startet.
Atomulykken i Fukushima og driftsstansen som ble besluttet ved alle andre atomanlegg i Japan, reiste spørsmål blant flere kommentatorer om fremtiden for den bebudede renessansen for kjernekraft. Kina, Tyskland, Sveits, Israel, Malaysia, Thailand, Storbritannia, Italia og Filippinene har gjennomgått sine atomkraftprogrammer. Indonesia og Vietnam fortsetter å planlegge nye atomkraftverk.
World Nuclear Association har uttalt at «kjernekraftproduksjonen led sitt største fall noensinne på ett år i 2012 da flesteparten av de japanske atomreaktorene var utkoblet et helt kalenderår». Data fra Det internasjonale atomenergibyrået viste at kjernekraftverkene globalt produserte 2 346 TWh i 2012, noe som var 7 % mindre enn i 2011. Tallene illustrerer effekten av et helt år der 48 japanske kjernereaktorer ikke produserte elektrisitet. Den permanente nedleggelse av åtte reaktorenheter i Tyskland var også en faktor. Problemer på Crystal River, Fort Calhoun og San Onofre i USA førte til at disse ikke produserte noe elektrisk kraft det året, mens i Belgia var Doel 3 og Tihange 2 ute av spill i seks måneder. Sammenlignet med 2010, produserte atomindustrien 11 % mindre strøm i 2012.
Atomulykken i Fukushima utløste en strid rundt betydningen av ulykken og dens effekt på fremtiden for atomenergi. IAEA-direktør Yukiya Amano sa at den japanske atomulykken «forårsaket dyp uro i offentligheten over hele verden og skadet tilliten til kjernekraft», Etter ulykken halverte det internasjonale energibyrået sitt estimat for ny kjernefysisk produksjonskapasitet som vil komme til å bli bygget frem til 2035. Men i 2015 hadde byråets utsikter blitt mer optimistiske:'«Kjernekraft er et kritisk element i å begrense utslippene av klimagasser», og «utsiktene for atomenergi forblir positiv på mellomlang til lang sikt til tross for en negativ effekt i enkelte land i kjølvannet av Fukushima-ulykken … det er fortsatt den nest største kilden i verden til elektrisitetsproduksjon med lave karbonutslipp. Og de 72 reaktorene som var under bygging ved starten av fjoråret var det høyeste antallet på 25 år».
Noen industribedrifter vil også se en gevinst i negative offentlige oppfatninger om kjernekraft. I september 2011 annonserte den tyske teknologigiganten Siemens at det vil trekke seg helt fra atomindustrien, som et svar på kjernekraftulykken i Fukushima, og sa at det ikke lenger ville bygge atomkraftverk hvor som helst i verden. Selskapets styreformann, Peter Löscher, sa at Siemens hadde kansellert sine planer om samarbeide med Rosatom, det russiske statskontrollerte kjernekraftselskapet, som innbefattet byggingen av flere titalls atomkraftverk i hele Russland i løpet av de neste to tiårene. Fornybar energi er en sentral del av Siemens økonomiske resultat. I februar 2016 foreslo konsernet en investering innenfor fornybar energi i Egypt på 10 milliarder euro.
I februar 2012 godkjente US Nuclear Regulatory Commission (NRC) bygging av ytterligere to reaktorer ved Vogtle kjernekraftverk, de første reaktorene som bli godkjent på over 30 år etter ulykken på Three Mile Island, men dets formann, Gregory Jaczko ga uttrykk for bekymringer etter Fukushima-ulykken, og sa «jeg kan ikke støtte utstedelse av denne lisensen som om Fukushima aldri har skjedd». Jaczko trakk seg i april 2012. En uke etter dette fikk Southern sin lisens til å begynne den store utbyggingen av de to nye reaktorene, men et dusin miljø- og antiatomkraftgrupper gikk til søksmål for å stoppe utvidelsen av Vogtle-anlegget. De hevdet at offentlighetens sikkerhet, samt erfaringer rundt miljøproblemene etter Fukushima-ulykken ikke har blitt hensyntatt. I juli 2012 ble saken avvist av Washington, DC Circuit Court of Appeals.
Land som Australia, Østerrike, Danmark, Hellas, Irland, Italia, Latvia, Liechtenstein, Luxembourg, Malta, Portugal, Israel, Malaysia, New Zealand og Norge har ingen kommersielle atomreaktorer og har motsatt seg kjernekraft. Flere andre land vil la sine atomkraftverk være i drift, og gir økonomisk støtte til forskning på kjernefysisk fusjon, inkludert EUs brede finansiering av International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).
Status når det gjelder militær bruk av kjernekraft er at den amerikanske marinens ubåtflåte som utelukkende består av atomdrevne fartøyer, per 2017 består av 71 fartøyer i tjeneste. To amerikanske atomubåter og rundt fire sovjetiske har gått tapt på sjøen. Den russiske marinen har for tiden (2016) 21 atomubåter i tjeneste. Totalt har åtte sovjetiske og russiske atomubåter gått tapt på havet. Dette inkluderer ubåten K-19 som fikk en reaktorulykke i 1961, noe som resulterte i åtte dødsfall og flere personer som ble eksponert for stråling. Den sovjetiske ubåten K-27 hadde en reaktorulykke i 1968 som resulterte i 9 drepte og 83 skadde. Dessuten sank ubåten K-429 to ganger, men ble hevet etter hver hendelse. Flere alvorlige kjernefysiske- og strålingsulykker har involvert hendelser med atomubåt. I tillegg til dette er det flere andre land som har atomubåter og andre skip med atomreaktorer for militær og sivil bruk.
Kapasiteten i verdens atomkraftverk har holdt seg relativt stabil fra midten av 1980-årene frem til ulykken ved Fukushima i mars 2011. Den globale kapasiteten av kjernekraft økte med 1 % i 2014, den første årlige økningen siden Fukushima.
USA produserer mest atomenergi med en andel på 19 % av den totale elektrisitetsproduksjonen, mens Frankrike har den høyest prosentandel av elektrisk energi fra kjernefysiske reaktorer på 80 % i 2006. I EU som helhet utgjør kjernekraft 27 % (i 2013) av all elektrisitetsproduksjon. Energipolitikken når det gjelder atomkraft er helt forskjellig mellom EU-landene, og land som Østerrike, Estland, Irland og Italia har ingen aktive atomkraftverk.
Mange militære, og noen få sivile fartøyer som isbrytere, anvender atomkraft som fremdrift. Noen rominstallasjoner har blitt konstruert med fullverdige atomreaktorer, Sovjetunionen produserte i sin tid 33 satellitter og amerikanerne 1 slik satellitt.
Internasjonal forskning fortsetter med sikkerhetsforbedringer som passivt sikre atomkraftverk, forskning på bruk av kjernefysisk fusjon, og ytterligere bruk av prosessvarme slik som for eksempel hydrogenproduksjon (til forsyning til en mulig hydrogenbasert økonomi), avsalting av sjøvann, og bruk av spillvarme i fjernvarmesystemer.
Atomkraftverk stod for 11 % av verdens elektrisitetsproduksjon i 2012, noe mindre enn det som produseres med vannkraft som er på 16 %. Siden elektrisitet står for cirka 25 % av alt energiforbruk, dekkes den store majoriteten av energiforbruket av fossilt brensel, for eksempel til sektorer som transport, vareproduksjon og oppvarming. Dermed utgjør atomkraft bare om lag 2,5 % av verdens totale energiforbruk. Dette er bare litt mer enn de 2 % av den samlede globale elektrisitetsproduksjonen som kommer fra fornybare energikilder som vind, sol, biodrivstoff og geotermisk kraft i 2014.
Regionale forskjeller i bruken av kjernekraft er store. Energiproduksjon fra kjernekraft har en andel på 20 % av elektrisitetsproduksjonen i USA, noe som betyr at det er den største energikilden med små karbonutslipp i landet. I tillegg er to tredjedeler av EUs energiproduksjon med små karbonutslipp fra kjernekraft. Noen av disse landene har stoppet sin produksjon, for eksempel Italia, som stanset sine atomkraftverk i 1990 etter at disse hadde vært i drift siden 1963.
Det internasjonale atomenergibyrået rapporterte at det var 449 operasjonelle sivile atomreaktorer i 30 land i 2017, men ikke alle disse reaktorene produserer elektrisitet. Siden kommersiell kjernekraft startet på midten av 1950-årene, var 2008 det første år der ingen nye atomkraftverk ble startet opp, men året etter ble to enheter startet.
Det internasjonale atomenergibyrået rapporterte i 2017 at det i hele verden var 60 atomreaktorer under bygging i 14 land. Over halvparten av disse bygges i Asia, med 28 i Kina. Åtte nye atomkraftverk ble ferdigstilt i Kina i 2015. I 2013 ble fire eldre reaktorer i USA stengt. I henhold til Det internasjonale atomenergibyrået er den globale trenden at nye atomkraftverk som kommer i drift, blir balansert ut av antallet gamle anlegg som blir avviklet.
Barry Brook (professor i bærekraftig miljøutvikling) og hans kolleger, utførte en analyse i 2015 for å se på mulighetene for å erstatte fossile energikilder for elektrisk kraftproduksjon med kjernekraft. De tok utgangspunkt i den historiske hastigheten som kjernekraft erstattet fossile energikilder med i Frankrike og Sverige, da hver av disse landene startet sine atomprogrammer i 1980-årene. De fant ut at i løpet av ti år ville det kunne være realistisk at kjernekraft kunne fortrenge alle fossile energikilder til dette bruket, slik at det «tillater å la verden møte de strenge målene for klimatiltak». I en tilsvarende analyse hadde Brook tidligere funnet at 50 % av all energibruk i verden, altså elektrisk, oppvarming, transport, et cetera, kan erstattes med kjernekraft i løpet av cirka 30 år. Dette under forutsetning om at den globale utbyggingshastigheten var lik den som hver av disse nasjonene tidligere økte sin kjernekraftkapasitet med per decennium og per globalt brutto nasjonalprodukt (GW/år/$).
Dette i kontrast til de konseptuelle teoretiske studiene for en verden forsynt med 100 % fornybar energi, noe som ville kreve mye høyere globale investeringer per år. Slike investeringer har igjen problemer som at de ikke har noen historisk presedens, det har aldri heller vært forsøkt på grunn av de svært høye kostnadene, at svært store landarealer må brukes til vind-, bølge- og solenergiinstallasjoner, samt den underforståtte forutsetning om at verdens befolkning vil bruke mindre, og ikke mer, energi i fremtiden. Som Brook bemerker: de «viktigste begrensninger for kjernekraft er ikke teknisk, økonomisk eller relatert til forekomst av radioaktivt materiale, men i stedet knyttet til komplekse problemstillinger som samfunnets aksept, finansiering, politisk treghet og manglende kritisk vurdering av de reelle begrensningene for [andre] lav-karbon alternativer»
Et kjernekraftverk har vanligvis høye kapitalkostnader ved bygging, men lave drivstoffkostnader. Selv om kjernekraftverk kan variere produksjonen av elektrisk kraft, er prisen per solgt energienhet gjerne mindre om det gjøres. En annen årsak er generelt høye faste kostnader og små variable kostnader. Kjernekraftverk vil derfor typisk driftes så mye som mulig med jevn ytelse for å holde kostnadene for produsert elektrisk energi så lavt som mulig, de leverer derfor stort sett grunnlast. Det vil igjen si at atomkraftverkene forsyner forbrukere som har konstant forbruk, mens andre kraftverk må ta seg av hurtige endringer av energibehovet.
Internasjonalt steg prisen for bygging av atomkraftverk med 15 % årlig i årene 1970 til 1990. Likevel viser tall fra U.S. Energy Information Administration at kjernekraft forventes å ha totalkostnader i 2022 på 99 US dollar per MWh, det meste på grunn av byggekostnader. Til sammenligning er kostnadene for kullkraft 123-140 US dollar per MWh, solenergi på 85 US dollar per MWh, og naturgass i den lave enden av spektret med 57 US dollar per MWh for det mest lønnsomme alternativet. Dette gjelder for forholdene kun i USA og energiprisene er såkalte (LCOE).
I de siste årene har det vært en nedgang i økningen av etterspørselen av elektrisk energi. I Øst-Europa har en rekke veletablerte prosjekter hatt problemer med finansieringen, særlig Belene i Bulgaria og planer for nye reaktorer ved Cernavoda i Romania, og noen potensielle støttespillere har trukket seg ut. Der hvor kraftmarkedet har konkurranse, der det finnes billig naturgass tilgjengelig og utsiktene for gassforsyningen er relativt sikker, utgjør dette et problem for kjernekraftprosjekter, samt også for driften ved eksisterende anlegg.
Analyse av økonomien for kjernekraft må ta hensyn til hvem som bærer risikoen for fremtidig usikkerheter. Hittil har alle kjernekraftverk vært bygget og drevet av nasjonalstater eller operert i regulerte leveringsmonopoler. Det betyr at mange av risikoene forbundet med byggekostnader, driftsresultater, drivstoffpriser, ansvar for ulykker og andre faktorer, ble båret av forbrukerne, heller enn av energiprodusentene. I tillegg kommer problemet med at ansvaret ved en atomulykke er så stort, dermed vil den fulle kostnaden for en ansvarsforsikring vanligvis være begrenset eller avkortet av en nasjonalstat. Dette var noe som US Nuclear Regulatory Commission konkluderte med at utgjorde en betydelig subsidie. Mange land har nå liberalisert sitt kraftmarked hvor disse risikoene, samt risikoen for at billigere konkurrenter dukker opp før kapitalkostnadene blir tilbakebetalt, bæres av kraftverkseierne og operatørene i stedet for forbrukere, noe som fører til en vesentlig forskjellig vurdering av økonomien i nye atomkraftverk.
Etter Fukushima-ulykken forventes det at kostnadene skal øke for både atomkraftverk i drift og under planlegging. Dette på grunn av økte krav til at brukt atombrensel behandles på stedet, samt forhøyede krav til utforming av sikkerhetsbarrierer.
Økonomien for nye atomkraftverk er et komplisert tema med mange sprikende oppfatninger. Sammenligning med andre metoder for energiproduksjon er kjernekraft sterkt avhengig av forutsetninger om byggetid og finansiering, så vel som de fremtidige kostnadene for konkurrerende fossilt brensel og fornybar energi. Kostnadsoverslag må også ta hensyn til prisen for å avvikle et atomkraftverk og kostnader ved lagring av atomavfall. På den annen side kan tiltak for å dempe global oppvarming, for eksempel en karbonskatt eller handel med kvoter for karbonutslipp, favorisere kjernekraft.
Fremtidsutsiktene for kjernekraft varierer mye mellom verdens land og er avhengig av politiske beslutninger. Enkelte land i Europa, som Tyskland og Belgia, har vedtatt retningslinjer for utfasing av kjernekraft. Samtidig har noen asiatiske land, som Kina, Sør-Korea, og India, tatt mål av seg til å foreta en hurtig økning av kapasiteten for kjernekraft. Mange andre land, for eksempel Storbritannia og USA, har en politikk som ligger mellom disse ytterpunktene. Japan var en stor produsent av kjernekraft før Fukushima-ulykken, men per august 2016 har Japan bare startet tre av sine atomkraftverk, og i hvilken grad landet vil fortsette sitt atomprogram er usikkert.
I 2016 anslo US Energy Information Administration som sitt grunnestimat at verdens kjernekraft vil øke fra 2344 milliarder kWh i 2012 til 4501 milliarder kWh i 2040. Mesteparten av den anslåtte økningen var ventet å skje i Asia.
Kjernekraftindustrien i vestlige land har bak seg en historie med prosjektforsinkelser, kostnadsoverskridelser, kanselleringer av prosjekter og usikkerhet om atomsikkerhet til tross for betydelige offentlige tilskudd og støtte. I desember 2013 siterte Forbes en rapport som konkluderte med at i vestlige land er «ikke atomreaktorer en levedyktig kilde til ny energi». Selv der kjernekraft vil gi økonomisk overskudd, er prosjektene ikke gjennomførbare på grunn av kjernekraftens «enorme kostnader, politisk- og folkelig motstand, og regulatoriske usikkerheter». Økonomiprofessor John Quiggin sier også at det viktigste problemet med det kjernefysiske alternativet er at det ikke er økonomisk levedyktig. Quiggin sier at det verden trenger er mer effektiv energibruk og kommersialisering av flere fornybare energikilder. Tidligere medlem av NRC, Peter Bradford, og professor i vitenskap, teknologi og samfunn, Ian Lowe, kom med liknende uttalelser i 2011. Men flere entusiaster for kjernekraft, samt lobbyister i Vesten, fortsetter å utrope kjernekraft til å være en vinnersak, ofte med forslag til nye, men i stor grad ikke tidligere testede konstruksjoner, som en kilde til ny energi.
Mye mer utbyggingsaktivitet skjer i land med stor økonomisk vekst, som Sør-Korea, India og Kina. I mars 2016 hadde Kina 30 reaktorer i drift, 24 under bygging, i tillegg til planer om å bygge flere. Men ifølge et statlig forskningsinstitutt vil det være uklokt av Kina å bygge «for mange atomkraftreaktorer for fort», dette for å unngå mangel på drivstoff, utstyr og kompetente utbyggingsplanleggere.
I USA har nesten halvparten av lisensene for atomreaktorene blitt utvidet til 60 år. To nye tredjegenerasjons reaktorer er under bygging ved Vogtle, et stort byggeprosjekt som markerer slutten på 34 år med stagnasjon i bygging av sivile atomreaktorer i USA.
US NRC og US Department of Energy har startet et forskningsprogram kalt Light Water Reactor Sustainability Program som man håper vil føre til utvidelser av lisenser for atomreaktorer utover 60 år, forutsatt at sikkerheten kan ivaretas. Dette vil føre til en økning av CO2-fri produksjonskapasitet ved at eldre atomreaktorer ikke stenges ned, noe som «kan utfordre USAs energisikkerhet, potensielt resultere i økte klimagassutslipp, og bidrar til en ubalanse mellom elektrisk tilbud og etterspørsel».
Et mulig hinder for produksjon av kjernekraftverk er at det bare er noen få selskaper i verden som har kapasitet til å smi trykkbeholdere til atomreaktorer, som er nødvendige i de mest vanlige reaktortypene. Selskaper over hele verden sender inn sine bestillinger flere år i forkant av eventuelle kjøp av reaktorer.
Det er flere selskaper og land som arbeider med utvikle nye reaktordesign som muligens kan være klare mot slutten av 2020-tallet eller mot 2030-tallet, avhengig av teknologisk utvikling og finansiering. Av disse er det flere konsepter som går ut på å lage alt fra små modulære reaktorer (SMR). SMR blir definert av IAEA til reaktorer under 300 MW, mikrokraftverk er små anlegg som har kapasitet inntil 10 MW. De finnes konsepter på flytende kjernekraftverk, samt reaktordesign som vil gjenbruke kjernefysisk brensel, flytende salt, gasskjølte og bruk av Thorium som brensel.
Nuscale power ser for seg å bygge små modulære reaktorer med kapasitet på 77 MWe basert på lettvannstekologi. Nuscale er det første selskapet som fått sitt SMR-design godkjent av Nuclear Regulatory Commission (NRC). Selskapet ser for seg å bygge ut kraftverk med enten 4, 6 eller 12 reaktormoduler.
Thorcon ser for å bygge flytende kjernekraftverk basert på Thorium saltsmelte. Hvert kraftverk er planlagt å ha kapasitet på 500 MWe.
Terrapower er et selskap som har den amerikanske forretningsmagnaten Bill Gates som investor, og ser for seg å bygge et reaktor med integrert saltsmelte energilager, som har mulighet for å ta svininger i behov i kraftnettet, grunnet en antatt fremtid med mer fornybar energi som sol og vind. Reaktoren kalt Natrium, har en kapasitet på 345MWe, men pga varmelagret kan kapasitet økes til 500MWe i 5,5 time.
Oklo tar navnet sitt etter den naturlige reaktoren som ble oppdaget i Gabon. Selskapet er et oppstartsselskap, men ser seg i stand til å bygge en reaktor med kapasitet på 1,5 MWe som benytter seg av kjernefysisk avfall. Reaktoren kan passe for steder med mindre behov som mindre tettsteder.
I konvensjonelle atomkraftverk foregår energiproduksjonen ved fisjon, men det forskes på muligheten for også å utnytte fusjon i fremtiden. Akkurat som konvensjonelle varmekraftverk genererer elektrisitet ved å utnytte termisk energi som frigjøres ved forbrenning av fossilt brensel, konverterer et atomkraftverk energien som frigjøres fra kjernene av atomer ved fisjon som foregår i en atomreaktor. Varmen fjernes fra reaktorkjernen ved et system som benytter varme for å generere damp, som driver en dampturbin koplet til en generator som produserer elektrisitet.
Når en stor spaltbar atomkjerne som uran-235 eller plutonium-239 absorberer et nøytron kan den gjennomgå fisjon. Den tunge kjernen deler seg i to eller flere lettere kjerner, de såkalte fisjonsproduktene, og frigjør kinetisk energi, gammastråler og frie nøytroner. En del av disse nøytronene kan senere bli absorbert av andre spaltbare atomer og utløse ytterligere fisjonsprosesser, som slipper løs flere nøytroner, og så videre. Dette er kjent som en nukleær kjedereaksjon.
For å kontrollere en slik kjernefysisk kjedereaksjon i en reaktor anvendes såkalt nøytrongift, et element som kan absorbere nøytroner, samt nøytronmoderator. Disse kan påvirke mengden av nøytroner som vil forårsake ytterligere fisjon. Atomreaktorer har automatiske og manuelle systemer for å regulere prosessen, samt stenge ned fisjonsreaksjonen ved utrygge forhold.
Vanlig brukte stoffer brukt som moderatorer er vann, grafitt og tungtvann, de siste to anvendes i mindre grad.
Reaktorkjernen genererer varme på flere måter:
Kjerneprosessene frigjør svært mye energi; 1 kg uran-235 gir omtrent tre millioner ganger mer energi enn forbrenning av 1 kg kull.
Atomreaktorer avkjøles vanligvis med vann, men det finnes konstruksjoner som benytter gass eller et flytende metall (for eksempel flytende natrium), eller smeltet salt. Dette sirkulerer rundt i reaktorkjernen for å absorbere varmen som blir generert. Varmen blir ført bort fra selve reaktoren for deretter å bli benyttet til å produsere damp. De fleste reaktorsystemer benytter et kjølesystem som er fysisk adskilt fra vannet som blir kokt for å produsere damp under trykk for å drive dampturbinen, disse kalles for trykkvannsreaktorer. I noen reaktorkonstruksjoner blir dampen som benyttes i dampturbinen produsert direkte i reaktoren, en type som benytter dette prinsippet er kokvannsreaktoren.
Reaktoren er den delen av et atomkraftverk som utgjør størst potensiell fare for omgivelsene, derfor er disse ofte satt opp i en egen reaktorbygning av tykk betong. Denne skal både beskytte omgivelsene om noe går galt, og samtidig beskytte reaktoren mot ytre påvirkninger, som jordskjelv eller et styrtende fly.
Bortsett fra atomreaktorens spesielle oppbygging er et atomkraftverk mye likt et konvensjonelt varmekraftverk: Dampen som blir produsert i reaktoren driver dampturbiner som igjen driver generatoren rundt. Den brukte dampen fra turbinen blir kondensert i en kondensator, og vannet som dannes blir pumpet tilbake til reaktoren. Dermed går vannet i en lukket krets. Imidlertid krever kondensatoren, som egentlig er en varmeveksler, kjølevann for å fungere. Dette blir hentet fra innsjøer, elver eller havet. I mange tilfeller er det også nødvendig med kjøletårn, slik at varmen avgis til luften.
Bruk av kjernekraft omfatter mange forskjellige områder, selv om omfanget av elektrisitetsproduksjon er det største. Noen eksempler er anlegg for avsalting av sjøvann, og innenfor romfart der såkalte radioisotopgeneratorer brukes til å generere elektrisk energi til bruk i romskip, romsonder og fjernstyrte kjøretøyer som Spirit til bruk på Mars. En ser også for seg fremtidig bruk av varmen fra kjernereaktorer, som kan brukes til hydrogenproduksjon til for eksempel hydrogendrevne kjøretøy.
Siden 1950-årene har det vært flere optimistiske prosjekter med bruk av kjernekraft til drivkraft i fly, skip og biler, men de fleste av disse strandet av forskjellige grunner. I Sovjetunionen ble en rekke fyr drevet av kjernekraft satt opp for navigering i Nordishavet, disse var i drift helt til etter at Sovjetunionen kollapset.
Under andre verdenskrig ble ubåter vurdert til å kunne være et avgjørende våpen, men de hadde et alvorlig problem: behovet for å gå i overflatestilling etter korte perioder i neddykket posisjon for å skaffe luft til dieselmotorene. Utviklingen av kjernereaktorer tillot en ny type fremdrift for ubåter med store fordeler. De krever ikke luft for drift av motoren fordi den ikke er basert på forbrenning. En liten masse av kjernefysisk drivstoff gir en operasjonstid under vann på flere måneder.
Disse fordelene førte til utvikling av ubåter som kan holde store hastigheter nedsenket, og i tillegg ha med store mengder våpen ombord (kjernefysiske eller konvensjonelle).
I ubåter har det blitt brukt reaktorer av typen med trykkvann, mens kokvannsreaktorer har blitt vurdert til å lage for mye støy. For å oppnå vektreduksjon av brenselet har uran med høy grad av anrikning blitt brukt. Reaktoren genererer damp som driver turbinen som igjen driver propellen direkte, eller turbinen driver en generator som igjen driver en elektrisk motor tilknyttet propellen.
Typisk er også mange av de største hangarskipene atomdrevne.
Både USA og Sovjetunionen opprettet prosjekter for å utvikle atomdrevne fly. Konseptet var ment for store bombefly med kjernefysiske stridshoder. Et problem med disse konseptene var å beskytte mannskapene i flyet og på bakken mot radioaktiv stråling, et annet problem var farene ved flykrasj. Disse problemene var det lettere å håndtere i atomdrevne ubåter. Det ble aldri bygget ferdig noen slike fly.
Lockheed-Martin annonserte i 2014 at de arbeider med å utvikle en liten fusjonsreaktor (Compact Fusion Reactor). Den er beskrevet å være på størrelse med en jetmotor og har potensial til å drive fly og romskip. Selskapet forventer at den skal kunne fungere før 2024.
Etter utviklingen av atomdrevne skip til militær bruk ble det snart klart at dette kunne gi fordeler for sivile skip. Det har dermed blitt konstruert lastebåter og isbrytere som bruker kjernereaktorer for fremdrift. Det første laste- og passasjerskipet var NS «Savannah», som ble satt i drift i 1962. Bare tre andre laste- eller passasjerskip har blitt bygget: det japanske «Mutsu», det tyske «Otto Hahn» og det russiske «Sevmorput». I tillegg til dette har Russland, og tidligere Sovjetunionen, bygget åtte atomdrevne isbrytere.
Med stigende oppmerksomhet på utslipp av drivhusgasser fra fossile brensler for transportvirksomhet, er det fornyet interesse for atomdrevne skip. Et spesielt moment her er at bunkersoljen som brukes som drivstoff for skipsmotorer bidrar til forskjellige typer luftforurensning. Blant annet er denne interessen motivert av de gode erfaringene med sikkerheten i atomdrevne skip. Verdens handelsfartøy er estimert til å ha et totalt energibehov på 410 GWh, omtrent en tredjedel av energiproduksjonen i verdens kjernekraftverk. En ser for seg at kjernekraft vil ha spesiell god anvendbarhet for store bulkskip som går fram og tilbake på få ruter mellom dedikerte havner, eller tilfeller der stor fart er viktig. Disse kan drives av en reaktor med ytelse på 100 MW. Cruiseskip har energibehov som en liten by. Her vil en reaktor på rundt 70 MW være passende for å gi basisbelastning og lade batterier, og en mindre dieselmotor for toppbelastning. Et annet konsept er atomdrevne slepebåter for å dra konvensjonelle skip over verdenshavene.
Selv om det er tenkt ut flere prinsipper som kan bruke atomenergi til å drive romraketter, har bare noen få kommet lengre enn konseptstadiet.
En termonukleær rakett er et eksempel på dette, der det brukes overhetet hydrogen i en kjernefysisk reaktor. Denne arbeider ved høy temperatur for å oppnå minst dobbelt så høy skyvekraft som vanlige kjemiske raketter. Slike raketter ble testet første gang i 1959, i det amerikanske prosjekt NERVA som ble avbrutt 1972. I 1990 ble et prosjektet under forkortelsen SNTP (Space Nuclear Thermal Propulsion) lansert med mål om en bemannet tur til Mars. En annen mulighet er anvendelse av en atomreaktor som mater en såkalt ionemotor (Nuclear Electric Xenon Ion System eller nexis).
Project Orion var et konsept utviklet av Stanisław Ulam i 1947, og som begynte utviklingen i 1958 hos General Atomics. Formålet var interplanetariske reiser uten store kostnader med en hastighet på 10 % av lyshastigheten. Dette skulle skje ved hjelp av en metode som ble kalt kjernefysisk puls-fremdrift (Nuclear pulse propulsion). Prosjektet ble forlatt i 1963, men den samme utformingen har blitt brukt som en basis i Project Daedalus. En annen konseptuell konstruksjon av et romfartøy var Project Longshot.
Det eneste kjente forslaget til en atomdrevet bil er en konseptuell design lansert av Ford Motor Company i 1958 under navnet Ford Nucleon. Den ble aldri bygget som en kjørbar modell. Designerne så for seg at fremdriften skulle skaffes ved hjelp av en liten fisjonsreaktor, og bilen skulle kunne gi en kjørelengde på mer enn 8000 km. Reaktoren skulle raskt kunne skiftes ut med en ny. Konseptet var ellers mye likt det som ble brukt i atomdrevne ubåter.
Det blir gjort undersøkelser for bruk av kjerneenergi for generering av hydrogen ved termokjemiske reaksjoner eller elektrolyse med damp med høy temperatur. Hydrogenet kan benyttes i brenselceller som drivstoff for hydrogendrevne kjøretøy, som et alternativ til forbrenningsmotorer. Dette blir et konsept for en slags indirekte atomdrevet bil.
Bruken av uran i en atomreaktor er bare en liten del av livssyklusen for atombrenselet. Prosessen starter typisk med gruvedrift i underjordiske gruver eller dagbrudd. Uranmalmen blir ekstrahert, vanligvis betyr det at den blir omdannet til et stabilt og kompakt stoff, for eksempel såkalt yellowcake («gul kake»), og deretter transportert til et prosessanlegg. Her blir yellowcake omdannet til uranheksafluorid, som deretter blir anriket ved hjelp av ulike teknikker.
Uran er et ganske vanlig grunnstoff i jordskorpen. Uran er omtrent like vanlig som tinn eller germanium, og omtrent 40 ganger mer vanlig enn sølv. Uran er tilstede i sporkonsentrasjoner i de fleste bergarter, sand og havvann, men av økonomiske grunner hentes det foreløpig kun ut der det er til stede i høye konsentrasjoner. Likevel er verdens nåværende kjente ressurser av uran økonomisk utvinnbare opp mot et pristak på 130 US dollar per kg, noe som er nok til å vare mellom 70 og 100 år.
Anriket uran, som inneholder mer enn den naturlige tilstedeværende 0,7 % U-235, brukes til å lage brenselstaver. Disse stavene er det egentlige «drivstoffet» i et atomkraftverk, og blir tilvirket med den ønskede sammensetning og geometri tilpasset reaktoren som det skal anvendes for. Brenselsstavene vil bli brukt til rundt tre operasjonelle sykluser. Typisk vil de bli benyttet i seks år inne i reaktoren. Her vil vanligvis cirka 3 % av uranet bli fisjonert, deretter vil stavene bli flyttet til et basseng for brukt brensel hvor isotoper med kort levetid vil bli fisjonert vekk.
Under forutsetning om at uran blir anvendt med dagens reaktorteknologi, har Det internasjonale atomenergibyrået estimert at dagens (2012) uranressurser vil kunne vare i over 100 år. Som følge av økt leting har kjente uranressurser vokst med 12,5 % siden 2008, denne økningen betyr altså at det fins ressurser for de neste 100 årene hvis bruken av metallet skulle fortsette på 2011-nivå. OECD anslår at det er 670 år med økonomisk utvinnbar uran i alle tilgjengelige konvensjonelle ressurser, samt i fosfatmalm. Dette er ressurser som er utvinnbart fra mellom 60-100 US dollar/kg av uran. Igjen forutsettes dagens reaktorteknologi. Dette har sammenheng med at for naturlig tilstedeværende metallressurser, vil det være en sammenheng som sier at for hver tidobling av prisen per kilo av uran, er det trehundre ganger økning av tilgjengelige malmer av lavere kvalitet som kan utvinnes, og som da altså blir en økonomisk lønnsom ressurs. Som OECD uttaler:
For eksempel har OECD fastslått at ved en brenselsyklus i en hurtigreaktor med utnyttelse og resirkulering av all uran og aktinoider, vil det være ressurser tilgjengelig i 160 000 år fra konvensjonelle kilder og fosfatmalm. Disse vil ha en pris på 60-100 US dollar/kg.
Dagens lettvannsreaktorer bruker kjernefysisk brensel på en relativt ineffektiv måte, og drives for det meste ved fisjon av den svært sjeldne isotopen uran-235. Reprosessering kan gjøre avfallet fra reaktorene gjenbrukbart. Mer effektive reaktorkonstruksjoner, slik som for tiden er under utvikling med tredjegenerasjons reaktorer, kan gi høyere virkningsgrad ved å utnytte de tilgjengelige ressursene. Det store flertallet av reaktorer i verden er imidlertid andregenerasjons reaktorer som har disse svakhetene.
I motsetning til dagens lettvannsreaktorer som bruker uran-235, som utgjør bare 0,7 % av alle naturlige uranforekomster, bruker raske formeringsreaktorer uran-238. Denne isotopen utgjør 99,3 % av alle naturlige uranforekomster. Det har blitt anslått at det er opp til fem milliarder år igjen av uran-238 som kan gjøres tilgjengelig for bruk i disse kraftverkene. Formeringsteknologi har blitt brukt i flere eksperimentelle reaktorer helt siden 1950-årene, der noen også har vært i kommersiell drift. Høy profil her har India og Russland, men også Japan, Kina og Frankrike.
Forskning og utvikling gjøres fortsatt på formeringsreaktorene siden de har potensial til å brenne opp alle de aktinoidene som finnes i dagens atomavfall, samtidig som de kan produsere energi. I tillegg kan slike reaktorer skape ytterligere mengder atomdrivstoff som kan brukes i andre reaktorer via formeringsprosesser. I 2005 var det to formeringsreaktorer som produserte energi: Dette var Phénix i Frankrike, men denne ble stengt ned i 2009 etter 36 års drift. Dessuten er det en reaktortype kalt BN-600 som ble bygget i 1980 og installert i Beloyarsk i Russland og fortsatt (2016) er i drift, med forlenget levetid til 2025. Ytelsen i en BN-600 er 600 MW, og Russland har planer om å utvide landets bruk av formeringsreaktorer. Full drift for energiproduksjon startet i 2016 med en større type med betegnelse BN-800. Denne har en ytelse på 880 MW. Den tekniske utformingen av en enda større formeringsreaktor, BN-1200, er planlagt å bygges muligens i 2020, med konstruksjon antatt ferdig i 2016 eller 2017.
Mange land har i dag program for forskning og utvikling av såkalte hurtige nøytronreaktorer, og formeringsreaktorer. Spesielt er det Russland, India, Kina, Japan, Frankrike, USA og Sør-Korea, samt noen andre EU-land som har flere slike prosjekter, men der oppstart ikke er forventet før etter 2020 for mange av dem.
Et annet alternativ til hurtige formeringsreaktorer, er termiske formeringsreaktorer som bruker uran-233 fremskaffet fra thorium som fisjonsdrivstoff i thoriumbrenselssyklus. Thorium er omtrent tre ganger mer vanlig enn uran i jordskorpen. Et forsøk med en thoriumreaktor har vært drevet i forsøksreaktoren i Halden siden 2013, og er enda (2017) ikke fullført. Etter dette vil en oppsummere resultatene for mulig utvikling for fremtidig kommersialisering.
Etter bruk i reaktoren tas brenselstavene ut og plasseres i et basseng for nedkjøling. Etter cirka fem år i dette bassenget vil det brukte brenselet fremdeles være radioaktivt, men temperaturen er lav nok til at de kan håndteres. Etter dette kan de bli transportert til videre tørr lagring i tønner, eller behandles på nytt.
Det kommer altså en konstant avfallsstrøm fra kjernekraftverk i form av atomavfall. Avfallet består først og fremst av ubrukt uran, samt betydelige mengder transuraniske aktinoider. Det vil for det meste si plutonium og curium. I tillegg er cirka 3 % av innholdet fisjonsprodukter fra kjernereaksjoner. Mesteparten av det langtidsradioaktive avfallet er aktinoider, mens fisjonsproduktene utgjør mesteparten av de korttidsradioaktive stoffene.
Høyradioaktivt avfall gir bekymringer både når det gjelder håndtering og senere deponering. Slikt materiale blir skapt under produksjon av kjernekraft. Oppgaven med å ta vare på dette har noen utfordrende aspekter på grunn av den ekstremt lange tiden radioaktivt avfall utgjør en dødelig risiko for alle levende organismer. Av spesiell bekymring er to fisjonsprodukter med svært lang nedbrytningstid, kjent som technetium-99 med halveringstid 220 000 år, og jod-129 med halveringstid på 15,7 millioner år. Disse stoffene er det dominerende radioaktive avfallet etter et par tusen år. Det mest problemfylte transuranstoffet i brukt atombrenselet er neptunium-237, med halveringstid på to millioner år og plutonium-239 med halveringstid på 24 000 år. Derfor krever høyradioaktivt avfall avansert behandling for at det skal lykkes å isolere det fra biosfæren (livet på jorden). Dette nødvendiggjør vanligvis behandling, etterfulgt av en langsiktig forvaltningsstrategi som medfører permanent lagring, avhending eller omdanning til avfall som ikke er giftig.
Myndighetene rundt omkring i verden vurderer et spekter av forskjellige metoder for avfallshåndtering og deponeringsmetoder. Den vanligste er plassering dypt nede i jordskorpen, såkalt dyp geologisk deponering, selv om det har vært begrenset fremgang med å implementere langsiktige løsninger for avfallshåndtering. Dette skyldes blant annet tidsrammene som gjelder for håndtering av radioaktivt avfall, som varierer fra ti tusen til flere millioner år, ifølge studier basert på effekten av estimerte stråledoser.
Noen forslag til konstruksjon av atomreaktorer, slik som det amerikanske Integral Fast Reactor og den såkalte saltsmeltereaktoren, kan bruke atomavfall fra lettvannsreaktorer som drivstoff. Det vil omformes til isotoper som ville være trygge etter noen hundre år, i stedet for titusener av år. Dette gir et potensielt mer attraktivt alternativ til dyp geologisk deponering.
En annen mulighet er bruk av thorium i en reaktor spesielt konstruert for det, i stedet for å blande thorium med uran og plutonium, for bruk i eksisterende reaktorer. Brukt thoriumbrensel er også radioaktivt bare i noen få hundre år.
Siden en brøkdel av en radioisotops nedbryting av atomer per tidsenhet er omvendt proporsjonal med dens halveringstid, vil den relative radioaktivitet av deponert menneskeskapt radioaktivt avfall avta over tid i forhold til naturlige radioisotoper. Dette på samme måte som nedbrytingen av 120 billioner tonn thorium og 40 billioner tonn uran som det finnes naturlige konsentrasjoner av i jordskorpen. Over en tidsramme på tusenvis av år vil de mest aktive radioisotoper med kort halveringstid bli nedbrutt. Dermed vil alt atomavfall som deponeres i USA øke radioaktivitet i de øverste 600 meter av stein og jord (10 millioner km) etter omtrent 1 til 10 millioner over den kumulative mengden av naturlige radioisotoper i et slikt volum. Dette selv om nærhet til området der deponeringen skjer ville ha en langt høyere konsentrasjon av kunstige radioisotoper i undergrunnen enn dette gjennomsnittet.
Atomindustrien produserer også et stort volum av lavradioaktivt avfall i form av forurensede objekter som klær, verktøy, vann, og materialene som selve reaktoren er bygget av. I USA har Nuclear Regulatory Commission gjentatte ganger forsøkt å tillate at lavradioaktivt materiale kan håndteres som vanlig avfall, altså at det deponeres, gjenvinnes, et cetera.
I land med kjernekraft utgjør radioaktivt avfall mindre enn 1 % av totalmengden giftig avfall fra industri, hvorav mye fortsatt er farlig i lang tid. Totalt produserer atomkraft langt mindre avfall i volum enn det som kommer fra et kraftverk basert på fossilt brennstoff. Kullkraftverk er spesielt kjent for å produsere store mengder giftig og svak radioaktivt aske, dette på grunn av konsentrasjon av naturlig forekommende metaller og svakt radioaktivt materiale i kull. En rapport fra Oak Ridge National Laboratory i 2008 konkluderte med at kullkraft faktisk resulterer i at mer radioaktivt avfall blir sluppet ut i miljøet enn ved drift av atomkraftverk. Dessuten at effektiv dose for befolkningen fra stråling fra kullkraftverk er 100 ganger så høy som fra driften av et atomkraftverk. Kullaske er riktignok mye mindre radioaktiv enn brukt kjernebrensel på basis av massen, men kullaske blir produsert i mye større mengder per enhet av produsert energi. Dette slippes direkte ut i miljøet som flyveaske, mens et atomkraftverk må beskytte omgivelsene mot alt skadelig radioaktivt materiale.
Deponering av atomavfall blir ofte sagt å være atomindustriens akilleshæl. For tiden blir atomavfall hovedsakelig oppbevart ved atomkraftverket det kommer fra. Det er over 430 steder rundt om i verden der radioaktivt materiale fortsetter å akkumulere seg opp. Noen eksperter foreslår at sentraliserte underjordiske depoter som blir godt forvaltet og overvåket, vil være en stor forbedring fra dagens tilstand. Det er «internasjonal enighet om at det er tilrådelig å lagre atomavfall i undergrunnen». Spesielt blir den såkalte Okloreaktoren, som er en naturlig oppstått fisjonsreaktor i berggrunnen i Oklo i Gabon, trukket frem fordi den har vært aktiv i 2000 millioner år uten at radioaktivt avfall har beveget seg opp. Denne blir omtalt som «en kilde til essensiell informasjon i dag».
Det er ingen spesialbygde kommersielle underjordiske depoter i drift i dag. Waste Isolation Pilot Plant i New Mexico har tatt imot atomavfall siden 1999, men som navnet antyder er det et forsknings- og utviklingsanlegg. En strålingslekkasje ved dette anlegget i 2014 ga fornyet oppmerksomhet til behovet for forskning på problemet med avhending og behandling av brukt atombrensel.
Reprosessering kan potensielt gjenvinne opptil 95 % av det gjenværende uran og plutonium i brukt atombrensel, slik at dette kan blandes inn i nytt brensel, såkalt MOX-brensel. På lang sikt gir dette en reduksjon av radioaktivitet i det resterende avfallet, da det i stor grad er snakk om kortvarige fisjonsprodukter, og reduserer avfallets volum med over 90 %. Reprosessering av drivstoff fra sivile atomreaktorer blir gjort i Europa, Russland, Japan og India. Det fulle potensialet for reprosessering er ikke oppnådd fordi det krever formeringsreaktorer, som ikke er kommersielt tilgjengelig i dag (2007).
Reprosessering av kjernepartikler reduserer volumet av høyradioaktivt avfall, men i seg selv reduserer det ikke radioaktiviteten eller varmeutviklingen, derfor eliminerer prosessen ikke behovet for en geologisk deponering. Reprosessering har vært politisk omstridt på grunn av faren for kjernefysisk spredning. Den potensielle risikoen for kjernefysisk terrorisme, de politiske utfordringene relatert til lokalisering av deponier i undergrunnen (et problem som gjelder like mye deponering av annet brukt atombrensel), og på grunn av høy pris i forhold til om det brukes bare én gang som brensel. Flere forskjellige metoder for reprosessering har vært forsøkt, men mange har hatt sikkerhetsmessige og praktiske problemer som har ført til avslutning av slike prosjekter.
I USA gikk den tidligere Obama-administrasjonen tilbake fra president Bushs planer for reprosessering i kommersiell skala, og tok opp igjen et program med fokus på reprosessering relatert til forskning. Reprosessering er ikke tillatt i USA. Status i USA er at alt brukt kjernebrensel blir behandlet som avfall. En viktig anbefaling fra Blue Ribbon-kommisjonen om USAs fremtid når det gjelder atomkraft var at «USA bør gjennomføre et integrert behandlingsprogram for atomavfall som fører til rettidig utvikling av en eller flere dype geologiske lagringssteder for sikker deponering av brukt atombrensel, og høyradioaktivt atomavfall».
De økonomiske kostnadene ved alle atomkraftverk fortsetter en stund etter at anlegget er stengt ned og ikke lenger produserer elektrisk kraft. Når den økonomiske levetiden er utløpt blir både atomkraftverk og anlegg for anriking av uran overført til demontering. Dermed kan landarealet for anlegget og alle dets deler bringes ned til et trygt nok strålingsnivå til å bli brukt til andre formål, for eksempel til grøntområde. Etter en nedkjølingstid som kan vare i flere tiår, er materialene i reaktorkjernen demontert og kuttet opp i små biter som pakkes i beholdere for mellomlagring eller transmutasjon. Det er enighet om hvordan oppgaven med nedstengning av atomanlegg skal gjøres på en relativt billig måte, men det er potensial for farlige utslipp til omgivelsene da det er muligheter for menneskelige feil, ulykker eller sabotasje.
I USA var det i 2011 totalt 13 atomreaktorer som var permanent nedstengt og var i en eller annen fase av demontering. Dette inkluderte Connecticut Yankee kjernekraftverk og Yankee Rowe Nuclear Power Station som hadde fullført prosessen med nedstengningen i 2006–2007, etter at kommersiell kraftproduksjon opphørte rundt 1992. Flesteparten av de 15 årene siden 1992 ble brukt for at anlegget skulle nedkjøles på egen hånd. Dette gjør den manuelle prosessen med demontering både tryggere og billigere. Om det skulle oppstå en ulykke i denne prosessen blir nedstengningen både kostbar og tidkrevende.
Noen svært alvorlige kjernekraft- og strålingsulykker har forekommet siden kjernekraft ble tatt i bruk i 1950-årene. En oversikt utført av den danske professoren Benjamin K. Sovacool i 2010 viser at på verdensbasis har det vært 99 ulykker ved atomkraftverk. 57 ulykker har skjedd etter Tsjernobyl-ulykken, og 56 av de totalt 99 ulykkene har skjedd i USA.
Den største ulykken ved et atomkraftverk var Tsjernobyl-ulykken i 1986 med cirka 60 dødsfall som så langt tilskrives ulykken direkte. I tillegg er det estimert at de totale dødstallene kan være fra 4000 til 25 000 på grunn av dødelige kreftformer etter ulykken. Fukushima-ulykken i 2011 har ikke forårsaket noen strålingsrelaterte dødsfall, men det er anslått at de mulige totale dødstall kan være fra 0 til 1000. Etter oppfølgende studier av Three Mile Island-ulykken i 1979 er det ikke påvist noen dødsfall, kreft eller skader på annen måte. Kjente ulykker på atomdrevne ubåter er reaktorulykkene på de sovjetiske ubåtene «K-19» i 1961, «K-27» i 1968, og «K-431» i 1985.
I dag (2017) frykter en mest for alder og tilstand for russiske atomreaktorer. Bellona oppgir at gjennomsnittsalderen er 32 år for de 35 atomreaktorene som er i drift i Russland. Spesielt er en bekymret over at reaktorer med opprinnelig levetid satt til 30 år, blir besluttet å skulle drives dobbelt så lenge. En risiko her er ifølge Bellona at stålet i reaktortankene blir sprøtt under lang tids stråling. Dermed øker sannsynligheten for sprekkdannelser og lekkasjer. Russiske atommyndigheter gjør imidlertid sikkerhetsanalyser og oppgraderinger som skal gjøre dette forsvarlig. Landet har stor ekspertise innenfor kjernekraftteknologi som er en viktig eksportindustri.
Sett i forhold til tapte liv per enhet produsert energi, har kjernekraft forårsaket færre dødsfall enn alle andre store energikilder. Energi produsert av kull, olje, naturgass og vannkraft har forårsaket flere dødsfall per enhet produsert energi, når alt fra luftforurensning til ulykker regnes med. Dette gjelder når sammenligningen tar med strålingsrelaterte dødsfall, og holdes opp mot umiddelbare dødsfall fra andre energikilder. Videre inkluderes latente, eller antatte, indirekte kreftdødsfall fra kjernefysiske ulykker i forhold til de umiddelbare dødsfall fra de ovennevnte energikilder, og samlede direkte og indirekte dødsfall fra kjernekraft og fossile brensler, samt dødsfall ved gruveulykker i henholdsvis uran- og kullgruver, samt ved sammenligning av luftforurensning. På grunnlag av disse sammenligningene er det beregnet at bruk av kjernefysisk energi har forhindret rundt 1,8 millioner dødsfall mellom 1971 og 2009.
Ifølge Sovacool er kjernekraftulykker rangert først på grunn av deres totale økonomiske kostnader, da disse sto for 41 % av alle skader på eiendom. I analyser presentert i det internasjonale tidsskriftet Human and Ecological Risk Assessment, ble det funnet at ulykker relatert til kull, olje, flytende petroleumsgass og vannkraft (hovedsakelig på grunn av brudd på Banqiaodemningen) har resultert i større økonomiske konsekvenser enn atomkraftulykker.
Etter Fukushima-ulykken stengte landets myndigheter 54 atomkraftverk, men det har blitt anslått at hvis Japan aldri hadde tatt i bruk kjernekraft, ville ulykker og forurensning fra olje- eller gasskraftverk ha forårsaket flere tapte leveår. Per 2013 var status at området rundt Fukushima kraftverket var høyradioaktivt, med rundt 160 000 mennesker som var evakuerte og fortsatt bodde i midlertidige boliger. Noen områder i nærheten vil være udyrkbare i flere århundrer. Den vanskelige oppryddingen etter Fukushima-ulykken vil ta minst 40 år, og koste titalls milliarder US dollar.
Tvangsevakuering etter en kjernefysisk ulykke kan føre til sosial isolasjon, angst, depresjon, psykosomatiske lidelser, hensynsløs adferd, samt selvmord. Dette er i henhold til erfaringene etter Tsjernobyl-ulykken i 1986. En omfattende studie fra 2005 konkluderte med at «de mentale helseeffektene etter Tsjernobyl-ulykken er det største folkehelseproblemet som ulykken har utløst til dags dato».
Fire år etter Fukushima-ulykken har det ikke vært noen dødsulykker på grunn av eksponering for stråling, og ingen merkbar økt forekomst av strålerelaterte helseeffekter forventes blant befolkningen eller deres etterkommere. The Japan Times har anslått at 1600 dødsfall var et resultat av evakuering, på grunn av fysisk og psykisk stress på grunn av lange opphold på krisesentrene, mangel på innledende behandling som følge av at sykehusene ble lukket på grunn av tsunamien, samt selvmord. Den amerikanske professoren Frank von Hippel kommenterte Fukushima-ulykken slik: «frykten for radioaktiv stråling kan gi langtids psykologiske effekter for en stor del av befolkningen i de forurensede områdene». En rapport fra 2015 i legetidsskriftet Lancet beskrev at de alvorlige konsekvensene av atomulykker ofte ikke var direkte knyttet til stråling, men heller sosiale og psykologiske effekter. Evakuering og langsiktig forflytning av den berørte befolkningen skapte problemer for mange mennesker, særlig eldre og pasienter på sykehus. Men langsiktig forflytning av befolkningen er ikke en unik hendelse etter atomulykker, også vannkraft og dagbrudd for brunkull vil i mange tilfeller fortrenge tusenvis av mennesker. Eksempler på dette er De tre kløfters demning og dagbruddet for kull i Garzweiler i Tyskland.
Terrorister kan angripe kjernekraftverk i forsøk på å frigjøre radioaktiv forurensning til omgivelsene. Kommisjonen etter terrorangrepet 11. september 2001 har uttalt at kjernekraftverk var vurdert som potensielle mål for terroristene. Reaktorbygninger er ofte bygget slik at de skal kunne motstå flystyrt, jordskjelv, tsunami, vulkanutbrudd, et cetera. Et angrep på basseng for brukt atombrensel kan også være alvorlig, da disse bassengene ofte er mindre beskyttet enn selve atomreaktoren. Utslipp av radioaktivitet kan føre til tusenvis av dødsfall på kort sikt og et større antall dødsfall på lengre sikt.
Hvis kjernekraft skal tas i bruk i enda større omfang, må atomanleggene gjøres svært sikre mot angrep som kan frigjøre enorme mengder radioaktivitet i nærområdene. Nye reaktorer har flere barrierer som gir passiv sikkerhet, som for eksempel vannfylling av rommet rundt atomreaktoren uten aktiv inngripen fra reaktoroperatørene. Men disse sikkerhetstiltakene har generelt blitt utviklet med tanke på ulykker, ikke for å motstå et bevisst angrep fra en terroristgruppe. Den amerikanske Nuclear Regulatory Commission krever nå at nye konsesjonssøknader for reaktorer også skal vurdere tiltak mot sabotasje som del av konstruksjonen. I USA er atomkraftanlegg omgitt av en dobbel rad av høye gjerder som er elektronisk overvåket. Anleggene er også patruljert av et betydelig mannskap av væpnede vakter.
Sabotasje utført av ansatte oppstår fra tid til annet, fordi disse kan sette seg inn i, og omgå sikkerhetstiltak. Vellykkede forbrytelser av ansatte er avhengig av observasjon og kunnskap om sikkerhetssvikt. En brann i 1971 forårsaket skader til en verdi av 5–10 millioner US dollar ved Indian Point kjernekraftverk. Det viste seg at brannstifteren var en ansatt vedlikeholdsarbeider. Sabotasje utført av arbeidere har blitt rapportert på mange andre reaktorer i USA: Zion kjernekraftverk i 1974, Quad Cities kjernekraftverk, Peach Bottom kjernekraftverk, Fort St. Vrain kraftverk, Trojan kjernekraftverk i 1974, Browns Ferry kjernekraftverk i 1980, og Beaver Valley kjernekraftverk i 1981. I tillegg er det rapportert hendelser i mange andre land.
Mange teknologier og materialer i forbindelse med etableringen av et kjernekraftprogram kan også anvendes til å lage kjernefysiske våpen. Om dette skjer kan et kjernekraftprogram bli til et kjent eller hemmelig våpenprogram. Frykten rundt Irans atomprogram er et eksempel fra de siste årene.
Et grunnleggende mål for amerikansk og global sikkerhet er å minimalisere farene for spredning av kjernefysisk materiale, også knyttet til utbredelsen av kjernekraft. Hvis denne utviklingen blir «dårlig forvaltet eller innsatsen for å redusere risikoen mislykket, vil fremtiden kunne bli farlig». International Framework for Nuclear Energy Cooperation er en slik internasjonal innsats for å skape et distribusjonsnett for utviklingsland som trenger energi. Disse vil motta atombrensel til rabattert pris, i bytte for at nasjonen aksepterer å gi avkall på sitt eget program for utvikling av anriket uran. Det franske Eurodif, som er en forkortelse for European Gaseous Diffusion Uranium Enrichment Consortium, er et program som bygger på dette konseptet. Spania og andre land uten anrikningsanlegg kjøper atomdrivstoff produsert på det franske anlegget, men uten en overføring av teknologi for anriking. Iran var en tidlig deltaker som var med helt fra 1974, og som fortsatt er aksjonær i Eurodif.
Ifølge Sovacool har en «rekke høytstående tjenestemenn, selv innenfor FN argumentert for at de kan gjøre lite for å stoppe stater fra å bruke kjernefysiske reaktorer for å produsere atomvåpen». En rapport fra de forente nasjoner fra 2009 sier at: «økt interesse for kjernekraft kan resultere i en verdensomspennende spredning av anriking uran og brukt brensel fra reprosesseringsteknologier, som representerer en åpenbar risiko for spredning, ettersom disse teknologiene kan produsere spaltbart materiale som er direkte anvendelig i atomvåpen».
På den annen side er en faktor som påvirker støtten for kjernekraft at atomreaktorer kan brukes til å redusere atomvåpenarsenalene gjennom det såkalte Megatonn til megawatt-programmet. Dette samarbeidet har eliminert 425 tonn med høyanriket uran, noe som tilsvarer 17 000 atomstridshoder. Ved å fortynne dette materialet med naturlig uran, og gjøre det om til lavanriket uran, blir dette egnet som brensel for kommersielle atomreaktorer. Dette er det mest vellykkede ikke-spredningsprogrammet hittil.
Megatonn til megawatt-programmet var en ide som Thomas Neff fra MIT kom på, og som talsmenn for atomvåpennedrustning omtalte som en stor suksess. Programmet har i stor grad vært drivkraften bak den kraftige reduksjonen i antall atomvåpen på verdensbasis siden den kalde krigens slutt. Men uten en økning av antallet atomreaktorer og større etterspørsel etter spaltbart brensel, har kostnadene for demontering fått Russland til å miste interessen for å fortsette nedrustningen. Ifølge Harvard-professor Matthew Bunn er ikke «russerne eksternt interessert i å utvide programmet utover 2013. Vi har klart å lage betingelser som koster dem mer og tjener dem mindre, enn bare å lage nytt lav-anriket uran for atomreaktorer fra bunnen av. Men det finnes andre måter å lage betingelser på som ville være svært lønnsomt for dem og som vil tjene flere av deres strategiske interesser i å forsterke den kjernefysiske eksporten.»
Inntil 2005 hadde Megatonn til megawatt-programmet behandlet høyradioaktivt kjernefysisk materiale til en verdi av 8 milliarder US dollar, noe om tilsvarer fjerning av 10 000 atomvåpen.
Gjennom omtrent 20 år har dette materialet produsert nesten 10 % av all elektrisitet som forbrukes i USA, eller omtrent halvparten av all amerikansk kjernekraft til elektrisitetsproduksjon. Det vil igjen si en produksjon på rundt 7 000 milliarder kWh. Dette er nok energi til å dekke hele elektrisitetsforbruket i USA i to år. Totalt er det anslått å ha kostet 17 millioner US dollar for amerikanerne, samtidig som Russland her tjent 12 milliarder US dollar. Dette er et viktig resultat for russiske atomindustri, som hadde store problemer med å finansiere sin virksomhet etter Sovjetunionens kollaps, både når det gjaldt vedlikehold, og sikkerhet for høyanriket uran og stridshoder.
Per april 2012 var det 31 land som har sivile kjernekraftverk, hvorav det var 9 land som har atomvåpen. Det store flertallet av disse landene hadde først produsert våpen, før kommersielle atomkraftverk ble ført opp. Utnyttelse av den sivile kjernefysiske industrien for militære formål er et brudd på ikkespredningsavtalen, som 190 land følger.
Livssyklusanalyse av utslipp av karbondioksid viser at kjernekraft er sammenlignbart med fornybare energikilder. Derimot er utslippene fra forbrenning av fossile brensler mange ganger høyere.
Da all elektrisitetsproduksjon baserer seg på teknologier som bruker sement for å lage betongkonstruksjoner, og lignende energikrevende materialer under bygging, er utslippene allikevel ikke lik null for kjernekraft. En gjennomgang utført i 2014 av litteratur om karbonutslipp som FNs klimapanel gjorde, angående utslipp fra den totale livssyklusen for elektrisitet produsert ved fisjon, viste en medianverdi på 12 g CO2-ekvivalenter/kWh. Dette er den laveste verdien for alle kommersielle energikilder tilgjengelig for grunnlast, og den nest laveste av alle kommersielle kraftteknologier, etter vindkraft, som produserer klimagasser på 11 g CO2-ekvivalenter/kWh. Dette i motsetning til kull og naturgass på henholdsvis 820 og 490 g CO2-ekvivalenter/kWh.
Med grunnlag i disse tallene har atomkraftverkene siden 1970 forhindret utslipp av om lag 64 milliarder tonn CO2-ekvivalenter som ellers ville ha blitt sluppet ut fra tilsvarende forbrenning av fossilt brensel i varmekraftverk.
En stor del av dagens utbygging av kjernekraft skjer i Kina. Der er det et presserende behov for å få kontroll over forurensning fra kullkraftverk, som skaper store lokale luftproblemer.
I henhold til United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) vil drift av atomkraftverk, samt kjernebrenselsyklusen, føre til utslipp av radioisotoper i miljøet på 0,0002 millisievert (mSv) per år som gir eksponering for publikum, dette som et globalt gjennomsnitt. Dette nivået er lite i forhold til naturlig bakgrunnsstråling, som i gjennomsnitt er 2,4 mSv per år globalt, men ofte varierer mellom 1 og 13 mSv per år avhengig av en persons omgivelser, i henhold til UNSCEAR. En rapport fra 2008 anslo at den resterende strålingen etter den verste kjernekraftverkulykken, altså Tsjernobyl, var 0,002 mSv per år i global gjennomsnittlig eksponering. Strålingen var derimot høyere det første året etter ulykken, da et gjennomsnitt på 0,04 mSv per person for hele befolkningen er estimert på den nordlige halvkule for året 1986. Imidlertid var denne langt høyere blant den mest utsatte lokalbefolkningen og arbeidere som ryddet opp på stedet.
Global oppvarming forårsaker ekstremvær som hetebølger, redusert nedbør og tørke, som kan ha en betydelig innvirkning på driftsforholdene for alle typer varmekraftverk, selv for så forskjellige typer kraftverk som biomasse- og atomkraftverk. Dette er fordi kondensatoren, som er en viktig komponent i alle slike kraftverk, ofte benytter store mengder ferskvann. Ferskvannet som holder en relativt lav temperatur benyttes for å få den brukte dampen som kommer ut fra dampturbinene til å kondensatorer, slik at når dampen er blitt til vann kan den pumpes tilbake til reaktoren. Elver og innsjøer benyttes for å skaffe dette kjølevannet, og om det ikke er tilgjengelig i samme grad, kan det gi økonomiske problemer for energiselskapet. Det er imidlertid også mange varmekraftverk som bruker sjøvannskjøling eller kjøletårn, som får lignende problemer.
Generelt er dette et lite problem i dag, men på sikt kan dette tvinge atomkraftverk til å stanse, slik det skjedde i Frankrike under hetebølger i 2003 og 2006. Energiforsyningen fra atomkraftverkene ble kraftig redusert på grunn av lite elvevann og tørke, fordi elvevannet hadde nådd maksimumstemperaturen som kreves for kjøling av kraftverkene. I løpet av disse hetebølgene måtte 17 reaktorer begrense produksjonen eller stenges helt. 77 % av fransk elektrisitet blir produsert ved hjelp av kjernekraft, og i 2009 inntrådte en lignende situasjon med et underskudd på 8 GW, noe som førte til at landet måtte importere elektrisitet. Lignende hendelser har skjedd i Tyskland, hvor ekstreme temperaturer har redusert kjernekraftproduksjon ni ganger på grunn av høye temperaturer mellom 1979 og 2007.
Brookings Institution publiserte i 2014 en rapport med tittel The Net Benefits of Low and No-Carbon Electricity Technologies som sier at «nettofordelene med ny kjernekraft, vannkraft og naturgass i kombikraftverk oppveier langt på vei nettofordelene med ny vind eller solenergianlegg», etter å ha utført en kostnadsanalyse for energiproduksjon og karbonutslipp. Konklusjonen var at den mest kostnadseffektive energiteknologien med lave karbonutslipp var kjernekraft.
Kjernekraftdebatten handler om kontroverser, som dreier seg om alle forhold rundt bruken av sivil kjernekraft. Debatten om atomkraft toppet seg i løpet av 1970- og 1980-årene, da den i noen land «nådde en intensitet som var unik i historien om kontroverser rundt teknologi».
Tilhengerne som for eksempel World Nuclear Association og Environmentalists for Nuclear hevder at kjernekraft er en bærekraftig energikilde som reduserer klimagassutslippene, samt at den øker energisikkerheten ved å redusere avhengigheten av importerte energikilder. Talsmenn hevder at kjernekraft nesten ikke gir luftforurensning, som for eksempel klimagasser og smog, dette i motsetning til det altoverveiende alternativet som er fossilt brensel. Kjernekraft kan produsere grunnlast i kraftsystemet, i motsetning til mange fornybare energikilder som ikke gir noe energi om vinden løyer eller solen går ned, fordi det ikke er teknisk tilgjengelige billige måter å lagre store mengder energi på. Den amerikanske geologen M. King Hubbert beskrev petroleum som en ressurs som vil ta slutt (peak oil), og han foreslo derfor kjernekraft som en erstatning. Tilhengere av kjernekraft hevder at risikoen ved lagring av avfall er liten, og kan bli ytterligere redusert ved hjelp av den nyeste reaktorteknologien. Dessuten fremheves at den historiske trenden for sikkerhet i den vestlige verden er god i forhold til de andre store energikildene.
Motstanderne, som for eksempel Greenpeace og Nuclear Information and Resource Service, hevder at kjernekraft utgjør mange trusler mot mennesker og miljø. Disse truslene består av problemene med behandling, transport og lagring av radioaktivt atomavfall, risikoen for spredning av atomvåpen og terrorisme, samt helserisiko og miljøskade ved urangruvedrift. De hevder også at reaktorene er komplekse maskiner der mange ting kan, og har gått galt: Tross alt har det vært flere alvorlige atomulykker. Kritikerne tror ikke at risikoen ved bruk av kjernefysisk fisjon som energikilde fullt ut kan kompenseres gjennom utvikling av ny teknologi. De hevder også at når alle energikrevende stadier av kjernebrenselkjeden er vurdert, fra gruvedrift til avvikling av anleggene, er kjernekraft verken en energikilde som gir lave klimagassutslipp eller er økonomisk forsvarlig energikilde. For øvrig blir argumenter angående økonomi og sikkerhet brukt av begge parter i debatten.
I Tyskland har en vedtatt at alle kjernekraftverk skal stenges innen 2022, dette er kjent som Energiewende. Denne politikken inkluderer også at landet skal gå over til en lav-karbonøkonomi med små miljøbelastninger.
I 2020 ble den frivillige organisasjonen Klimavenner for kjernekraft stiftet, som jobber for aksept for kjernekraft, og vil tale for fordelene med kjernekraft med tanke på klima og miljø.
Nåværende fisjonsreaktorer i drift rundt omkring i verden er andre- eller tredjegenerasjons systemer. De fleste systemer av førstegenerasjonen har blitt nedstengt. Forskning på avanserte fjerdegenerasjons reaktortyper ble offisielt startet av Generation IV International Forum (GIF) basert på åtte teknologimål, herunder å bedre atomsikkerheten, bedre sikkerhet mot spredning, redusere avfallsmengden, forbedre ressursutnyttelse av naturforekomstene, evnen til å konsumere eksisterende atomavfall, samt å redusere kostnadene for å bygge og drive anleggene. De fleste av disse reaktorene avviker vesentlig fra de nåværende lettvannsreaktorer, og er generelt ikke forventet å være tilgjengelig for kommersiell bygging før 2030.
En ulempe med all ny reaktorteknologi er at sikkerhetsrisikoen kan bli større i begynnelsen, ettersom reaktoroperatørene har liten erfaring med det som er nytt. Kjernekraftingeniør David Lochbaum har uttalt at nesten alle alvorlige atomulykker har skjedd med det som på den tiden var det nyeste innenfor teknologien. Han hevder at «problemet med nye reaktorer og ulykker er todelt: det oppstår situasjoner som er umulig å planlegge for i simuleringer, og mennesker gjør feil». Som en leder av et amerikansk forskningslaboratorium uttrykte det: «ved fabrikasjon, bygging, drift og vedlikehold av nye reaktorer står en overfor en bratt læringskurve: avansert teknologi vil ha en økt risiko for ulykker og feil. Teknologien kan være etterprøvd, men det er ikke mennesker».
Hybrid kjernekraft er et forslag til en måte å produsere energi på ved bruk av en kombinasjon av kjernefysiske fusjon- og fisjonsprosesser. Konseptet oppstod i 1950-årene, og ble senere promotert av kjernefysikeren Hans Bethe i 1970-årene. I stor grad forble konseptet uutforsket helt til det oppstod fornyet interesse i 2009, på grunn av forsinkelser i realiseringen av reaktorer for ren fusjon. Når et vellykket fusjonskraftverkverk er bygget, har det potensialet til å utvinne all fisjonsenergi som er igjen i brukt atomdrivstoff fra fisjonbaserte reaktorer. Dermed kan en slik reaktor redusere volumet av atomavfall, og enda viktigere kan slike reaktorer eliminere alle aktinoider til stede i det brukte brenselet som i dag forårsaker sikkerhetsbekymringer.
Kjernefysiske fusjonsreaksjoner har potensial til å være både tryggere og generere mindre radioaktivt avfall enn fisjon. Disse reaksjonene er potensielt levedyktige, men teknisk sett vanskelige å realisere. En har ennå ikke lyktes med å få dette til i et slikt omfang at et funksjonelt kraftverk er realiserbart. Fusjonsenergi har vært under teoretisk og eksperimentell undersøkelse siden 1950-årene.
Konstruksjonen av den såkalte International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) startet i 2007, men prosjektet har vært beheftet med mange forsinkelser og budsjettoverskridelser. Anlegget er ikke ventet å være i drift før 2027, noe som er elleve år etter det som første gang ble annonsert.
Kraftproduksjon basert på fusjon ble først antatt å være lett å oppnå, på samme måte som fisjon tidligere hadde representert en stor utfordring som det var mulig å overvinne. Men de ekstreme krav til kontinuerlige reaksjoner, samt en reaktor som kan motstå den svært høye temperaturen som plasmaet vil ha, har ført til utfordringer. I 2010, mer enn 60 år etter de første forsøkene, ble kommersiell kraftproduksjon basert på fusjon antatt å være usannsynlig noe tidligere enn 2050.
Regulering av kjernekraftindustrien kan deles inn i fire hovedgrupper:
Det vitenskapelige grunnlaget for alle eksisterende internasjonale regler er basert på egne studier og samlinger utført av International Commission on Radiological Protection (ICRP), United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR), eller i USA United States Environmental Protection Agency Office of Air and Radiation (OAR). I tillegg til disse finnes det en rekke etater for forskning og utvikling innen sikkerhet, som for eksempel Nuclear Energy Agency (NEA) og Electric Power Research Institute (EPRI). Av disse er det to internasjonale organer som utvikler grunnlag for lovgivning: Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA) og Det europeiske atomenergifellesskap (EURATOM) i Europa.