Nükleer enerji, atom çekirdeğinin parçalanması ya da birleşmesi sırasında ortaya çıkan bir güç kaynağıdır. Albert Einstein’ın E=mc² eşitliği, kütlenin enerjiye dönüşümünün temelini gösterir; çekirdekteki bu dönüşümü yöneten nükleer kuvvetler, enerjinin serbest kalmasını mümkün kılar. Bu enerjiyi güvenli ve kullanılabilir bir biçimde elde etmek için nükleer reaktörler devreye girer.
Üç ana nükleer reaksiyon tipi, bu enerjinin kaynağını oluşturur: birincisi, hafif atomların bir araya gelerek daha ağır bir çekirdek oluşturduğu füzyon; ikincisi, ağır bir çekirdeğin nötron darbeleriyle parçalanarak daha hafif çekirdeklere bölündüğü fisyon; ve üçüncüsü ise çekirdeğin kendini daha kararlı hâle getirmek için parçalanması anlamına gelen yarılanmadır.
Füzyon, yüksek sıcaklık ve basınç altında gerçekleşirken, fisyon genellikle radyoaktif ağır elementlerin nötron çarpmasıyla meydana gelir. Güneş’te gerçekleşen füzyon ve nükleer santrallerde kullanılan fisyon, bu iki sürecin örnekleridir.
Nükleer enerjinin tarihçesi, 1896’da Fransız fizikçi Henri Becquerel’in uranyumun karanlıkta yaydığı radyoaktif ışınları keşfetmesiyle başlar. Günümüzde bir nükleer santralin çalışması, zenginleştirilmiş uranyuma dayanır; bu uranyum yüksek hızlı nötronlarla çarpıştığında kararsız hâle geçer ve zincirleme bir fisyon sürecini tetikler.
Çıkan nötronlar diğer uranyum çekirdeklerine çarpar ve kontrol edilmediği sürece büyük miktarda enerji açığa çıkar. Reaktör içinde bu zinciri dengelemek için fazladan nötronları yakalayan ve tepkimeyi yavaşlatan sistemler bulunur.
Fisyon sonucu ortaya çıkan ısı, suyu buhara dönüştürür; bu buhar da türbinleri döndürerek jeneratöre enerji aktarır. Kullanılan buhar, üretim sonrası bir yoğunlaştırıcıda soğutularak tekrar su hâline getirilir ve aynı döngü içinde yeniden ısıtılır. Bu sayede enerji akışı kontrol altında tutulur ve güvenli bir biçimde elektrik elde edilir.
