नाभिकीय ऊर्जा

परमाणु ऊर्जा वह ऊर्जा है जिसे नियंत्रित (यानी, गैर-विस्फोटक) नाभिकीय अभिक्रिया से उत्पन्न किया जाता है। वर्तमान में विद्युत उत्पादन के लिए वाणिज्यिक संयंत्र नाभिकीय विखण्डन का उपयोग करते हैं। नाभिकीय रिएक्टर से प्राप्त उष्मा पानी को गर्म करके भाप बनाने के काम आती है, जिसे फिर बिजली उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जाता है।
2009 में, दुनिया की बिजली का 15% परमाणु ऊर्जा से प्राप्त हुआ। इसके अलावा, परमाणु प्रणोदन का उपयोग करने वाले 150 से अधिक नौसेना पोतों का निर्माण किया गया है।

नाभिकीय संलयन

नाभिकीय संलयन अभिक्रिया अपेक्षाकृत सुरक्षित होती है और विखंडन की अपेक्षा कम रेडियोधर्मी कचरा उत्पन्न करती है। ये अभिक्रियाएं संभावित रूप से व्यवहार्य दिखाई देती हैं, हालांकि तकनीकी तौर पर काफी मुश्किल हैं और इन्हें अभी भी ऐसे पैमाने पर निर्मित किया जाना है जहां एक कार्यात्मक बिजली संयंत्र में इनका इस्तेमाल किया जा सके। संलयन ऊर्जा 1950 के बाद से, गहन सैद्धांतिक और प्रायोगिक जांच से गुज़र रही है।

अंतरिक्ष में प्रयोग

विखंडन और संलयन, दोनों अंतरिक्ष प्रणोदन अनुप्रयोगों के लिए संभावनापूर्ण दिखते हैं, जो न्यून अभिक्रिया राशि के साथ उच्च अभियान वेग सृजित करते हैं। ऐसा, परमाणु अभिक्रिया के बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व के कारण है: परिमाण के कुछ 7 क्रम (10,000,000 गुना) रॉकेट की वर्तमान पीढ़ी को ऊर्जा प्रदान करने वाली रासायनिक अभिक्रियाओं से अधिक ऊर्जावान.
रेडियोधर्मी क्षय को अपेक्षाकृत छोटे पैमाने (कुछ kW) पर इस्तेमाल किया गया है, ज्यादातर अंतरिक्ष अभियानों और प्रयोगों को ऊर्जा प्रदान करने के लिए।

उत्पत्ति

परमाणु भौतिकी के पिता के रूप में, अर्नेस्ट रदरफोर्ड को 1919 में परमाणु विखंडन के लिए श्रेय दिया जाता है। इंग्लैंड में उनके दल ने नाइट्रोजन पर रेडियोधर्मी पदार्थ से प्राकृतिक रूप से निकलने वाले अल्फा कण से बमबारी की और अल्फा कण से भी अधिक ऊर्जा युक्त एक प्रोटॉन को उत्सर्जित होते देखा. 1932 में उनके दो छात्र जॉन कौक्रोफ्ट और अर्नेस्ट वाल्टन ने, जो रदरफोर्ड के दिशा-निर्देश में काम कर रहे थे, पूरी तरह कृत्रिम तरीके से परमाणु नाभिक को विखंडित करने की कोशिश की, उन्होंने लिथियम पर प्रोटॉनों की बमबारी करने के लिए एक कण त्वरक का उपयोग किया, जिससे दो हीलियम नाभिक की उत्पत्ति हुई। 
जेम्स चैडविक द्वारा 1932 में न्यूट्रॉन की खोज के बाद, परमाणु विखंडन को सर्वप्रथम एनरिको फर्मी ने प्रयोगात्मक रूप से 1934 में रोम में हासिल किया, जब उनके दल ने यूरेनियम पर न्यूट्रॉन से बमबारी की।  1938 में, जर्मन रसायनशास्त्री ओट्टो हान और फ्रिट्ज स्ट्रासमन और साथ में ऑस्ट्रियाई भौतिकविद लिसे मेट्नर और मेट्नर के भतीजे ओट्टो रॉबर्ट फ़्रिश ने न्यूट्रॉन से बमबारी किए गए यूरेनियम उत्पादों पर प्रयोग किए। उन्होंने निर्धारित किया कि अपेक्षाकृत छोटा न्यूट्रॉन, महाकाय यूरेनियम परमाणुओं के नाभिक को लगभग दो बराबर टुकड़ों में विभाजित करता है, जो एक आश्चर्यजनक परिणाम था। लियो शिलार्ड सहित जो एक अगुआ थे, अनेकों वैज्ञानिकों ने यह पाया कि अगर विखंडन अभिक्रियाएं अतिरिक्त न्यूट्रॉन छोड़ती हैं तो एक स्व-चालित परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया फलित हो सकती है। इस बात ने कई देशों में वैज्ञानिकों को (अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस, जर्मनी और सोवियत संघ सहित) परमाणु विखंडन अनुसंधान के समर्थन के लिए अपनी सरकारों को याचिका देने के लिए प्रेरित किया।
इस खोज ने अमेरिका में, जहां फर्मी और शीलार्ड, दोनों ने प्रवास किया था, मानव निर्मित प्रथम रिएक्टर को प्रेरित किया, जो शिकागो पाइल-1 कहलाया और जिसने 2 दिसम्बर 1942 को क्रिटिकलिटी हासिल की। यह कार्य मैनहट्टन प्रोजेक्ट का हिस्सा बन गया, जिसने हैनफोर्ड साईट (पूर्व में हैनफोर्ड शहर, वाशिंगटन) पर विशाल रिएक्टर बनाए, ताकि प्रथम परमाणु हथियारों में प्रयोग के लिए प्लूटोनियम पैदा किया जा सके, जिन्हें हिरोशिमा और नागासाकी के शहरों पर इस्तेमाल किया गया। यूरेनियम संवर्धन का एक समानांतर प्रयास भी जारी रहा।
द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, यह डर कि रिएक्टर अनुसंधान, परमाणु हथियारों और प्रौद्योगिकी के तीव्र प्रसार को प्रोत्साहित करेगा और इस डर के साथ संयुक्त कई वैज्ञानिकों की यह सोच कि यह विकास की एक लंबी यात्रा होगी, ऐसी परिस्थिति उत्पन्नं हुई जिसमें सरकार ने रिएक्टर अनुसंधान को कड़े सरकारी नियंत्रण और वर्गीकरण के तहत रखने का प्रयास किया। इसके अलावा, अधिकांश रिएक्टर अनुसंधान, विशुद्ध रूप से सैन्य प्रयोजनों पर केंद्रित थे। एक तत्काल हथियार और विकास की दौड़ शुरू हो गई जब अमेरिकी सेना ने जानकारी साझा करने और परमाणु सामग्री को नियंत्रित करने के अपने ही वैज्ञानिक समुदाय की सलाह का पालन करने से इनकार कर दिया। 2006 तक, एक चक्र पूरा करते हुए बातें, वैश्विक परमाणु ऊर्जा भागीदारी के साथ वहीं पहुंची हैं (नीचे देखें).
20 दिसम्बर 1951 को पहली बार एक परमाणु रिएक्टर द्वारा बिजली उत्पन्न की गई, आर्को, आइडहो के नज़दीक EBR-I प्रयोगात्मक स्टेशन में, जिसने शुरुआत में 100 kW का उत्पादन किया (आर्को रिएक्टर ही पहला था जिसने 1955 में आंशिक मेल्टडाउन का अनुभव किया). 1952 में, राष्ट्रपति हैरी ट्रूमैन के लिए पाले आयोग (द प्रेसिडेंट्स मेटिरिअल्स पॉलिसी कमीशन) की एक रिपोर्ट ने परमाणु ऊर्जा का "अपेक्षाकृत निराशावादी" मूल्यांकन किया और "सौर ऊर्जा के सम्पूर्ण क्षेत्र में आक्रामक अनुसंधान की मांग की." राष्ट्रपति ड्वाइट आइज़नहावर द्वारा दिसम्बर 1953 को दिए गए भाषण "शांति के लिए परमाणु" ने परमाणु के उपयोगी दोहन पर बल दिया और परमाणु ऊर्जा के अंतरराष्ट्रीय प्रयोग के लिए अमेरिका को मजबूत सरकारी समर्थन के मार्ग पर आगे बढ़ाया.

प्रारंभिक वर्ष

27 जून 1954 को USSR के ओबनिंस्क न्यूक्लियर पावर प्लांट, विद्युत् ग्रिड के लिए बिजली उत्पादित करने वाला दुनिया का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र बना और इसने करीब 5 मेगावाट बिजली का उत्पादन किया।
बाद में 1954 में, अमेरिकी परमाणु ऊर्जा आयोग (U.S. AEC, अमेरिकी परमाणु नियामक आयोग और अमेरिकी ऊर्जा विभाग का अग्रदूत) के उस वक्त के अध्यक्ष, लुईस स्ट्रास ने भविष्य में बिजली के बारे में कहा कि यह "इतनी सस्ती होगी कि मीटर से नापने की आवश्यकता नहीं होगी". स्ट्रास, हाइड्रोजन संलयन का जिक्र कर रहे थे - जिसे गुप्त रूप से उस वक्त शेरवुड परियोजना के हिस्से के रूप में विकसित किया जा रहा था - लेकिन स्ट्रास के बयान को परमाणु विखंडन से मिलने वाली अत्यंत सस्ती ऊर्जा के एक वादे के रूप में समझा गया। U.S. AEC ने कुछ महीने पहले अमेरिकी कांग्रेस में, परमाणु विखंडन के बारे में कहीं अधिक रूढ़िवादी गवाही जारी की, यह दर्शाते हुए कि "लागत को नीचे लाया जा सकता है।.. परंपरागत स्रोतों से मिलने वाली बिजली की लागत के बराबर ही.. " महत्वपूर्ण निराशा बाद में तब पनपी जब नए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों ने "अत्यंत सस्ती" ऊर्जा प्रदान नहीं की।
1955 में, संयुक्त राष्ट्र संघ के "प्रथम जिनेवा सम्मेलन", उस वक्त वैज्ञानिकों और इंजीनियरों का दुनिया का सबसे बड़ा जमावड़ा, ने प्रौद्योगिकी को और खंगालने के लिए मुलाकात की। 1957 में EURATOM को यूरोपीय आर्थिक समुदाय (जो अब यूरोपीय संघ है) के साथ शुरू किया गया। उसी वर्ष अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (IAEA) का भी गठन किया गया।
सेलाफील्ड, इंग्लैंड में स्थित विश्व का पहला वाणिज्यिक परमाणु ऊर्जा केंद्र, काल्डर हॉल, को 1956 में 50 मेगावाट की आरंभिक क्षमता के साथ खोला गया (बाद में 200 मेगावाट). परिचालन शुरू करने वाला अमेरिका का पहला वाणिज्यिक परमाणु जनरेटर था शिपिंगपोर्ट रिएक्टर (पेंसिल्वेनिया दिसम्बर, 1957).
परमाणु ऊर्जा को विकसित करने वाले पहले संगठनों में से एक था अमेरिकी नौसेना, जिसने इसका उपयोग पनडुब्बी और विमान वाहकों को चलाने के लिए किया। परमाणु सुरक्षा में इसका रिकार्ड दाग रहित है, शायद एडमिरल हैमन जी. रिकोवर की कड़ी मांगों की वजह से, जो परमाणु समुद्री प्रणोदन और साथ ही साथ शिपिंगपोर्ट रिएक्टर के प्रणेता थे (एल्विन राडोस्की अमेरिकी नौसेना के परमाणु प्रणोदन अनुभाग के मुख्य वैज्ञानिक थे और हैमन के साथ जुड़े हुए थे). अमेरिकी नौसेना ने किसी भी अन्य संस्था की तुलना में, जिसमें सोवियत नौसेना भी शामिल है, सार्वजनिक रूप से ज्ञात, बिना किसी प्रमुख घटना के अधिक परमाणु रिएक्टरों को संचालित किया है। पहली परमाणु संचालित पनडुब्बी, USS नौटीलस (SSN-571) को दिसम्बर 1954 में समुद्र में छोड़ा गया। दो अमेरिकी परमाणु पनडुब्बी, USS स्कोर्पियन और USS थ्रेशर, समुद्र में खो गए। ये दोनों जहाज, प्रणाली में ऐसी खराबी के कारण खो गए जो रिएक्टर संयंत्र से संबंधित नहीं था। साइटों की निगरानी की जाती है और जहाज पर रिएक्टरों से कोई ज्ञात रिसाव नहीं हुआ है।
अमेरिकी सेना के पास भी एक परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम है, जो 1954 में शुरु हुआ। Ft. बेल्वोइर, Va. में स्थित SM-1 परमाणु ऊर्जा संयंत्र, अप्रैल 1957 में, वाणिज्यिक ग्रिड (VEPCO) को विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति करने वाला US का पहला ऊर्जा रिएक्टर था, शिपिंगपोर्ट से पहले .
एनरिको फर्मी और लियो शीलार्ड ने 1955 में परमाणु रिएक्टर के लिए अमेरिकी पेटेंट 27,08,656 साझा किया, उस काम के लिए देर से प्रदान किया गया जो उन्होंने मैनहट्टन परियोजना के दौरान किया था।

विकास

संस्थापित परमाणु क्षमता शुरू में अपेक्षाकृत जल्दी बढ़ी, 1960 में 1 गीगावाट (GW) से भी कम से लेकर 1970 के दशक के उत्तरार्ध में 100 GW और 1980 के दशक के उत्तरार्ध में 300 GW. 1980 के दशक के उत्तरार्ध के बाद से, दुनिया भर में क्षमता अपेक्षाकृत धीरे-धीरे बढ़ी है, जो 2005 में 366 GW तक पहुंची. 1970 और 1990 के बीच, 50 GW से अधिक की क्षमता निर्माणाधीन थी (जो 1970 के दशक के उत्तरार्ध और 1980 के दशक के पूर्वार्ध में 150 GW के साथ चरम पर थी) - 2005 में करीब 25 GW की नई क्षमता की योजना बनाई गई। जनवरी 1970 के बाद से आदेश दिए गए कुल परमाणु संयंत्रों में से दो तिहाई से अधिक को अंततः रद्द कर दिया गया। 1975 से 1980 के बीच अमेरिका में कुल 63 परमाणु यूनिट को रद्द कर दिया गया।
1970 और 1980 के दशक में बढ़ती आर्थिक लागत के दौरान (विनियामक परिवर्तनों और दबाव-समूह की मुकदमेबाजी की वजह से वर्धित निर्माण अवधि के कारण) और जीवाश्म ईंधन की कीमतों में गिरावट ने उस वक्त के निर्माणाधीन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को अनाकर्षक बना दिया। 1980 के दशक में (अमेरिका) और 1990 के दशक में (यूरोप), सपाट भार विकास और विद्युत् उदारीकरण ने भी विशाल नई बेसलोड क्षमता के जुड़ाव को अरुचिकर बना दिया।
1973 के तेल संकट का देशों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा, जैसे फ्रांस और जापान, जो बिजली उत्पादन के लिए तेल पर अत्यधिक निर्भर थे (क्रमशः 39% और 73%) ने परमाणु ऊर्जा में निवेश की योजना बनाई।  आज, परमाणु ऊर्जा इन देशों में क्रमशः करीब 80% और 30% की विद्युत् आपूर्ति करती है।
परमाणु ऊर्जा के खिलाफ आंदोलन 20वीं सदी के आखिरी तीसरे भाग में उभरा, जो संभावित परमाणु दुर्घटना के डर के साथ ही साथ दुर्घटनाओं का इतिहास, विकिरण की आशंका के साथ ही साथ सार्वजनिक विकिरण के इतिहास, परमाणु अप्रसार और परमाणु कचरे के उत्पादन, परिवहन और संग्रहण की किसी अंतिम योजना की कमी पर आधारित था। नागरिकों के स्वास्थ्य और सुरक्षा पर कथित खतरा, थ्री माइल आइलैंड पर 1979 की दुर्घटना और 1986 की चेरनोबिल आपदा ने कई देशों में नए संयंत्रों के निर्माण को रोकने में भूमिका अदा की, हालांकि सार्वजनिक नीति संगठन ब्रूकिंग्स इंस्टीट्यूशन का सुझाव है कि अमेरिका में नई परमाणु इकाइयों का आदेश नहीं दिया गया है, जिसकी वजह है बिजली की हलकी मांग और निर्माण में देरी और विनियामक मुद्दों के कारण परमाणु संयंत्रों की बढ़ती लागत.
थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना के विपरीत, अधिक गंभीर चेरनोबिल दुर्घटना ने वेस्टर्न रिएक्टर को प्रभावित करने वाले नियमों को नहीं बढ़ाया क्योंकि चेरनोबिल रिएक्टर समस्याग्रस्त RBMK डिज़ाइन वाले थे जिसे सिर्फ सोवियत संघ में इस्तेमाल किया जाता था, उदाहरण के लिए "मज़बूत" रोकथाम बिल्डिंग की कमी. इनमें से कई रिएक्टर आज भी प्रयोग में हैं। हालांकि, एक नकली दुर्घटना की संभावना को कम करने के लिए, रिएक्टरों (कम संवर्धित यूरेनियम का इस्तेमाल) और नियंत्रण प्रणाली (सुरक्षा प्रणाली को अक्षम करने की रोकथाम), दोनों में परिवर्तन किए गए।
परमाणु सुविधाओं में ऑपरेटरों पर सुरक्षा जागरूकता और पेशेवर विकास को बढ़ावा देने के लिए एक अंतरराष्ट्रीय संगठन बनाया गया: WANO; वर्ल्ड एसोसिएशन ऑफ़ न्यूक्लिअर ऑपरेटर्स.
आयरलैंड और पोलैंड में विपक्ष ने परमाणु कार्यक्रमों को रोका, जबकि आस्ट्रिया (1978), स्वीडन (1980) और इटली (1987) (चेरनोबिल से प्रभावित) ने जनमत-संग्रह में परमाणु ऊर्जा का विरोध करने या समाप्त करने के लिए मतदान किया। जुलाई 2009 में, इतालवी संसद ने एक कानून पारित किया जिसने पूर्व के एक जनमत संग्रह के परिणाम को रद्द कर दिया और इतालवी परमाणु कार्यक्रम को तुरंत शुरू करने की अनुमति दी।

परमाणु रिएक्टर प्रौद्योगिकी

जिस प्रकार कई परम्परागत तापीय ऊर्जा केंद्र, जीवाश्म ईंधन के जलने से निकलने वाली ताप ऊर्जा के दोहन से बिजली उत्पन्न करते हैं, वैसे ही परमाणु ऊर्जा संयंत्र, आम तौर पर परमाणु विखंडन के माध्यम से एक परमाणु के नाभिक से निकली ऊर्जा को परिवर्तित करते हैं।
जब एक अपेक्षाकृत बड़ा विखंडनीय परमाणु नाभिक (आमतौर पर यूरेनियम 235 या प्लूटोनियम-239) एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है तो उस परमाणु का विखंडन अक्सर फलित होता है। विखंडन, परमाणु को गतिज ऊर्जा (विखंडन उत्पादों के रूप में ज्ञात) के साथ दो या दो से अधिक छोटे नाभिक में विभाजित करता है और गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन को भी छोड़ता है। इन न्यूट्रॉनों के एक हिस्से को अन्य विखंडनीय परमाणु द्वारा बाद में अवशोषित किया जा सकता है तथा और अधिक विखंडन जन्म ले सकते हैं, जो और अधिक न्यूट्रॉन को छोड़ेंगे और इसी प्रकार आगे होता रहेगा.
इस परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन विष और न्यूट्रॉन मंदक का प्रयोग किया जा सकता है, जो न्यूट्रॉन के उस भाग को परिवर्तित कर देता है जो विखंडन को आगे बढ़ाता है। असुरक्षित स्थितियों का पता चलने पर, विखंडन अभिक्रिया को बंद करने के लिए, परमाणु रिएक्टरों में आमतौर पर स्वचालित और हस्तचालित प्रणाली होती है।
एक शीतलन प्रणाली, रिएक्टर के केंद्र से ताप को हटाती है और उसे संयंत्र के अन्य क्षेत्र में भेजती है, जहां तापीय ऊर्जा का दोहन बिजली उत्पादन के लिए या अन्य उपयोगी कामों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। आम तौर पर गर्म शीतलक को बॉयलर के लिए एक ताप स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा और बॉयलर की दाबावयुक्त भाप, एक या अधिक भाप टरबाइन द्वारा संचालित विद्युत जनरेटर को ऊर्जा देगा। 
रिएक्टर के कई अलग-अलग डिज़ाइन हैं, जो विभिन्न ईंधन और शीतलक का प्रयोग करते हैं और इनकी नियंत्रण विधि विभिन्न होती है। इन डिज़ाइनों में से कुछ को किसी किसी विशिष्ट जरूरत को पूरा करने के लिए परिवर्तित किया गया है। परमाणु पनडुब्बी और विशाल नौसेना जहाजों के लिए प्रयुक्त रिएक्टर, उदाहरण के लिए, ईंधन के रूप में अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम का इस्तेमाल किया जाता है। ईंधन का यह विकल्प रिएक्टर के ऊर्जा घनत्व को बढ़ाता है और परमाणु ईंधन लोड के प्रयोग किए जाने की अवधि को लंबा करता है, लेकिन अन्य परमाणु ईंधनों की तुलना में यह अधिक महंगा है और इससे परमाणु प्रसार का अधिक खतरा है।
परमाणु ऊर्जा उत्पादन के लिए ढेरों नए डिज़ाइन सक्रिय अनुसंधान के अधीन हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से चतुर्थ पीढ़ी रिएक्टर कहा जाता है और भविष्य में व्यावहारिक ऊर्जा उत्पादन के लिए इनका इस्तेमाल किया जा सकता है। इनमें से कई नए डिज़ाइन, विखंडन रिएक्टरों को विशेष रूप से स्वच्छ, सुरक्षित और/या एक परमाणु हथियारों के प्रसार के खतरे को कम करने का प्रयास करते हैं। निष्क्रिय रूप से सुरक्षित संयंत्र (जैसे ESBWR) बनाए जाने के लिए उपलब्ध हैं और अन्य डिज़ाइन जिनके भूल-रक्षित होने का विश्वास है उन पर काम आगे बढ़ाया जा रहा है। संलयन रिएक्टर, जो भविष्य में व्यवहार्य हो सकते हैं, परमाणु विखंडन के साथ जुड़े कई जोखिमों को कम या समाप्त कर देंगे।

जीवन चक्र

एक परमाणु रिएक्टर, परमाणु ऊर्जा के लिए जीवन चक्र का ही हिस्सा है। यह प्रक्रिया खनन के साथ शुरू होती है (यूरेनियम खनन देखें). यूरेनियम खानें भूमिगत, खुले-गड्ढे की, या स्वस्थानी लीच खानें होती हैं। किसी भी हालत में, यूरेनियम अयस्क को निकाला जाता है, आमतौर पर एक स्थिर और ठोस रूप में परिवर्तित किया जाता है, जैसे यल्लोकेक और फिर उसे किसी प्रसंस्करण सुविधा में भेजा जाता है। यहां, यल्लोकेक को यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड में परिवर्तित किया जाता है, जिसे फिर विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते संवर्धित किया जाता है। इस बिंदु पर, संवर्धित यूरेनियम, जिसमें प्राकृतिक 0.7% U-235 से अधिक है, उसका प्रयोग उचित संरचना और ज्यामिति की छड़ें बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाता है, उस विशेष रिएक्टर के लिए जिसके लिए ईंधन नियत है। ईंधन छड़ें रिएक्टर के अंदर करीब तीन परिचालन चक्र पूरा करती हैं (आम तौर पर अब कुल 6 साल), सामान्यतः जब तक कि उनका करीब 3% यूरेनियम विखंडित न हो जाए, तब उन्हें एक खर्चित ईंधन पूल में भेजा जाता है जहां विखंडन द्वारा उत्पन्न अल्प-जीवित आइसोटोप नष्ट हो जाते हैं। एक शीतलक तालाब में लगभग 5 साल के बाद, खर्चित ईंधन रेडिओधर्मी और तापीय आधार पर संभालने के लिए पर्याप्त ठंडा हो चुका होता है और उसे शुष्क भंडारण पीपों में रखा जा सकता है या पुनः संवर्धित किया जा सकता है।

परंपरागत ईंधन संसाधन

यूरेनियम, भू-पर्पटी में पाया जाने वाला काफी आम तत्व है। यूरेनियम लगभग उतना ही आम है जितना भू-पर्पटी में टिन या जर्मेनियम का पाया जाना और रजत की तुलना में यह 35 गुना आम है। यूरेनियम अधिकांश चट्टानों, धूल और महासागरों का एक घटक है। यह तथ्य कि यूरेनियम इतना बिखरा हुआ है, एक समस्या है, क्योंकि यूरेनियम खनन आर्थिक रूप से केवल वहीं व्यवहार्य है जहां बड़ी मात्रा में इसका संकेन्द्रण हो। फिर भी, वर्तमान में नापे गए दुनिया के यूरेनियम संसाधन, जो आर्थिक रूप से 130 USD/kg की कीमत पर वसूले जा सकते हैं, खपत की वर्तमान दर के अनुसार "कम से कम एक सदी" तक चलने के लिए पर्याप्त हैं। अधिकांश खनिजों की सामान्य तुलना में, यह निश्चित संसाधनों के एक उच्च स्तर को दर्शाता है। अन्य धातु खनिज के साथ अनुरूपता के आधार पर, कीमत में वर्तमान स्तर से दुगुनी वृद्धि करने से मापन किए गए संसाधनों में, समय के साथ दस गुना वृद्धि होने की उम्मीद की जा सकती है। हालांकि, परमाणु ऊर्जा की लागत, मुख्यतः विद्युत् केंद्र के निर्माण में निहित है। इसलिए, उत्पादित बिजली की कुल लागत में ईंधन का योगदान अपेक्षाकृत थोड़ा है, अतः एक अत्यधिक ईंधन मूल्य वृद्धि का अंतिम कीमत पर अपेक्षाकृत कम असर होगा। उदाहरण के लिए, आम तौर पर यूरेनियम की बाजार कीमत का एक दोहरीकरण, हल्के जल के रिएक्टर के लिए ईंधन की कीमत में 26% की वृद्धि करेगा और बिजली की लागत में करीब 7%, जबकि प्राकृतिक गैस की कीमत में दुगुनी वृद्धि, आम तौर पर बिजली की कीमत में उस स्रोत से 70% की बढ़ोतरी करेगी। पर्याप्त उच्च कीमतों पर, स्रोतों से अंततः निकासी, जैसे ग्रेनाइट और समुद्री जल आर्थिक रूप से संभव हो जाते हैं।
वर्तमान के हल्के जल रिएक्टर, परमाणु ईंधन का अपेक्षाकृत अकुशल प्रयोग करते हैं और केवल बहुत दुर्लभ यूरेनियम-235 आइसोटोप का विखंडन करते हैं। परमाणु पुनर्संसाधन इस कचरे को पुनः उपयोग के लायक बना सकता है और अधिक कुशल रिएक्टर डिज़ाइन, उपलब्ध संसाधनों के बेहतर प्रयोग की अनुमति देते हैं।

प्रजनन

वर्तमान हल्के जल के रिएक्टरों के विपरीत, जो यूरेनियम-235 (सारे प्राकृतिक यूरेनियम का 0.7%) का प्रयोग करते हैं, फास्ट ब्रीडर रिएक्टर यूरेनियम- 238 (सारे प्राकृतिक यूरेनियम का 99.3%) का उपयोग करते हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि इन संयंत्रों में 5 बीलियन वर्षों तक प्रयोग के लायक यूरेनियम-238 मौजूद हैं।
ब्रीडर प्रौद्योगिकी का कई रिएक्टरों में इस्तेमाल किया गया है, लेकिन ईंधन को सुरक्षित तरीके से पुनर्संसाधित करने की उच्च लागत को, आर्थिक रूप से उचित बनने से पहले 200 USD/kg से अधिक की यूरेनियम कीमतों की आवश्यकता है। यथा दिसम्बर 2005, ऊर्जा उत्पादन करने वाला एकमात्र ब्रीडर रिएक्टर बेलोयार्स्क, रूस में BN-600 है। BN-600 का बिजली उत्पादन 600 मेगावाट है - रूस ने बेलोयार्स्क परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक और इकाई, BN-800, के निर्माण की योजना बनाई है। इसके अलावा, जापान के मोंजू रिएक्टर को पुनः आरंभ करने की योजना है (1995 से बंद होने के बाद) और चीन और भारत, दोनों ब्रीडर रिएक्टर बनाने का इरादा रखते हैं।
एक अन्य विकल्प होगा यूरेनियम-233 का प्रयोग जिसे थोरिअम ईंधन चक्र में थोरियम से विखंडन ईंधन के रूप में पैदा किया जाता है। थोरियम, भू-पर्पटी में यूरेनियम से 3.5 गुना अधिक आम है और इसका भौगोलिक लक्षण भिन्न है। यह कुल व्यावहारिक विखंडन-योग्य संसाधन आधार को 450% तक बढ़ा देगा।  प्लूटोनियम के रूप में U-238 के उत्पादन के विपरीत, फास्ट ब्रीडर रिएक्टर आवश्यक नहीं हैं - इसे और अधिक पारंपरिक संयंत्रों में संतोषजनक रूप में संपादित किया जा सकता है। भारत ने इस तकनीक में झांकने की कोशिश की है, क्योंकि इसके पास प्रचुर मात्रा में थोरियम भंडार हैं लेकिन यूरेनियम थोड़ा ही है।

विलय

संलयन ऊर्जा के पैरोकार ईंधन के रूप में सामान्यतः ड्यूटेरिअम या ट्रिटियम के उपयोग का प्रस्ताव करते हैं, दोनों ही हाइड्रोजन के आइसोटोप हैं और कई मौजूदा डिज़ाइनों में बोरान और लिथियम का भी. एक संलयन ऊर्जा उत्पादन को मौजूदा वैश्विक उत्पादन के बराबर मान कर और यह मानकर कि इसमें भविष्य में वृद्धि नहीं होगी, तो ज्ञात वर्तमान लिथियम भंडार 3000 साल तक चलेंगे, समुद्री जल का लिथियम 60 मिलियन वर्ष चलेगा और एक अधिक जटिल संलयन प्रक्रिया जो समुद्री जल से केवल ड्यूटेरिअम का उपयोग करती है उसके पास अगले 150 बीलियन वर्षों तक के लिए ईंधन होगा।  यद्यपि इस प्रक्रिया को अभी भी सिद्ध किया जाना है, कई विशेषज्ञ और नागरिक संलयन को भविष्य की एक आशाजनक ऊर्जा के रूप में देखते हैं जिसकी वजह है उसके द्वारा उत्पादित अपशिष्ट की अल्पकालिक रेडियोधर्मिता, इसका निम्न कार्बन उत्सर्जन और इसका भावी बिजली उत्पादन.

रेडियोधर्मी अपशिष्ट की औद्योगिक विषाक्त अपशिष्ट से तुलना

परमाणु ऊर्जा वाले देशों में, कुल औद्योगिक विषाक्त कचरे में रेडियोधर्मी कचरे का योगदान 1% से भी कम है, जिसमें से अधिकांश भाग अनिश्चित काल तक के लिए खतरनाक बना रहता है। कुल मिलाकर, जीवाश्म-ईंधन आधारित विद्युत संयंत्रों की तुलना में परमाणु ऊर्जा द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट पदार्थों की मात्रा काफी कम होती है। कोयला चालित संयंत्रों को विषाक्त और हल्की रेडियोधर्मी राख उत्पन्न करने के लिए विशेष रूप से जाना जाता है जिसकी वजह है स्वाभाविक रूप से होने वाले धातुओं का संकेन्द्रण और कोयले से निकलने वाली मंद रेडियोधर्मी वस्तु. ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी की एक ताजा रिपोर्ट ने निष्कर्ष निकाला है कि कोयला ऊर्जा से वातावरण में, परमाणु ऊर्जा संक्रिया की तुलना में वास्तव में अधिक रेडियोधर्मिता पहुंचती है और कि कोयले के संयंत्र के विकिरण के बराबर जनसंख्या प्रभावी खुराक, परमाणु संयंत्र के आदर्श संचालन से 100 गुना ज्यादा है। बेशक, कोयले की राख, परमाणु कचरे से काफी कम रेडियोधर्मी है, लेकिन राख वातावरण में सीधे जाती है, जबकि परमाणु संयंत्र, विकिरणित रिएक्टर पोत, ईंधन छड़ें और साइट पर किसी भी रेडियोधर्मी अपशिष्ट से पर्यावरण की सुरक्षा के लिए परिरक्षण का उपयोग करते हैं।

रिक्त यूरेनियम

यूरेनियम संवर्धन, कई टन के रिक्त यूरेनियम (DU) को उत्पन्न करता है, जो U-238 से बना होता है जिसमें से, आसानी से विखंडनीय U-235 आइसोटोप को हटा दिया गया होता है। U-238 एक कठोर धातु है जिसके कई वाणिज्यिक उपयोग हैं - उदाहरण के लिए, विमान उत्पादन, विकिरण परिरक्षण और कवच - क्योंकि लीड की तुलना में इसका घनत्व उच्च है। रिक्त यूरेनियम, हथियारों में भी उपयोगी है जैसे DU पेनीट्रेटर (गोलियां या APFSDS टिप) का "सेल्फ शार्पेन", जिसकी वजह है कतरनी बैंड के साथ फ्रैक्चर की यूरेनियम की प्रवृत्ति.
कुछ ऐसी भी चिंताएं हैं कि U-238, उन समूहों के लिए स्वास्थ्य खतरा उत्पन्न कर सकता है जो इस सामग्री के संपर्क में जरूरत से ज्यादा रहते हैं, जैसे टैंक के कर्मचारी दल और वे नागरिक जो ऐसे क्षेत्रों में रहते हैं जहां DU गोला बारूद की एक बड़ी मात्रा का प्रयोग परिरक्षण, बम, मिसाइल, स्फोटक शीर्ष और गोलियों में किया गया हो। जनवरी 2003 में विश्व स्वास्थ्य संगठन ने एक रिपोर्ट खोज को जारी किया कि DU युद्ध सामग्री से संदूषण स्थानीय क्षेत्र में प्रभाव स्थल से कुछ दसियों मीटर तक था और स्थानीय वनस्पति और जल का संदूषण 'बेहद कम' था। रिपोर्ट में यह भी कहा गया है कि खा ली गई लगभग 70% DU चौबीस घंटे बाद शरीर से निकल जाएगी और कुछ दिनों के बाद 90%.

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का लचीलापन

अक्सर यह दावा किया गया है कि परमाणु केंद्र अपने उत्पादन में लचीले नहीं होते हैं, जिसका अर्थ है कि चरम मांग को पूरा करने के लिए ऊर्जा के अन्य रूपों की आवश्यकता होगी। हालांकि यह कुछ रिएक्टरों के मामले में सच है, यह अब कम से कम कुछ आधुनिक डिज़ाइन वालों पर लागू नहीं होता। 
परमाणु संयंत्रों को फ्रांस में बड़े पैमाने पर नियमित तौर पर लोड पालन मोड में इस्तेमाल किया जाता है।
उबलते जल के रिएक्टरों में सामान्य रूप से लोड पालन क्षमता होती है, जिसे जल के प्रवाह को बदलने के द्वारा कार्यान्वित किया जाता है।

ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन जीवन-चक्र की तुलना

कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के जीवन चक्र विश्लेषण (LCA) की अधिकांश तुलना, परमाणु ऊर्जा को नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की तुलना में दर्शाती है।

परमाणु ऊर्जा पर बहस

परमाणु ऊर्जा बहस उस विवाद के बारे में है जो परमाणु ईंधन से बिजली पैदा करने के असैनिक उद्देश्यों के लिए परमाणु विखंडन रिएक्टरों की तैनाती और उपयोग के इर्द-गिर्द चलता है। परमाणु ऊर्जा से सम्बंधित विवाद 1970 और 1980 के दशक के दौरान चरम पर था, जब यह कुछ देशों में, "इतना भीषण हो गया जो प्रौद्योगिकी इतिहास में अभूतपूर्व था".
परमाणु ऊर्जा के समर्थकों का तर्क है कि परमाणु ऊर्जा एक संपोषणीय ऊर्जा स्रोत है जो विदेशी तेल पर निर्भरता को कम करते हुए कार्बन उत्सर्जन को कम करता है और ऊर्जा सुरक्षा को बढ़ाता है। समर्थकों का दावा है कि परमाणु ऊर्जा, जीवाश्म ईंधन के प्रमुख व्यवहार्य विकल्प के विपरीत, वास्तव में कोई पारंपरिक वायु प्रदूषण नहीं फैलाती है, जैसे ग्रीन हाउस गैस और कला धुंआ. समर्थकों का यह भी मानना है कि परमाणु ऊर्जा ही अधिकांश पश्चिमी देशों के लिए ऊर्जा में निर्भरता प्राप्त करने का एकमात्र व्यवहार्य रास्ता है। समर्थकों का दावा है कि कचरे के भंडारण का जोखिम छोटा है और जिसे नए रिएक्टरों में नवीनतम प्रौद्योगिकी के उपयोग द्वारा आगे कम किया जा सकता है और पश्चिमी विश्व में अन्य प्रकार के प्रमुख ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में, परिचालन सुरक्षा इतिहास उत्कृष्ट रहा है।
विरोधियों का मानना है कि परमाणु ऊर्जा लोगों और पर्यावरण के लिए खतरा उत्पन्न करती है।. इन खतरों में शामिल है रेडियोधर्मी परमाणु अपशिष्ट के प्रसंस्करण, परिवहन और भंडारण की समस्या, परमाणु हथियार प्रसार और आतंकवाद और साथ ही साथ यूरेनियम खनन से होने वाले स्वास्थ्य खतरे और पर्यावरण नुकसान. उनका यह भी तर्क है कि रिएक्टर खुद अत्यधिक जटिल मशीनें हैं जहां बहुत सी बातें गलत हो सकती हैं या कर सकती हैं और कई गंभीर परमाणु दुर्घटनाएं हो चुकी हैं। आलोचक इस बात पर विश्वास नहीं करते हैं कि ऊर्जा के स्रोत के रूप में परमाणु विखंडन के उपयोग के जोखिम को नई प्रौद्योगिकी के विकास के माध्यम समायोजित किया जा सकता है। उनका यह भी तर्क है कि जब परमाणु ईंधन श्रृंखला के सभी ऊर्जा-गहन चरणों पर ध्यान दिया जाता है, यूरेनियम खनन से लेकर परमाणु कार्यमुक्ति तक, परमाणु ऊर्जा, एक निम्न-कार्बन विद्युत् स्रोत नहीं है।
सुरक्षा और अर्थशास्त्र के तर्कों का, बहस के दोनों पक्षों द्वारा इस्तेमाल किया जाता है।