Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha produzione di energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici. L'energia nucleare, insieme alle fonti rinnovabili e le fonti fossili, è una fonte di energia primaria, ovvero è presente in natura e non deriva dalla trasformazione di altra forma di energia. Nonostante alcuni la considerino energia rinnovabile la commissione europea ha detto che non può essere considerata tale.
Le reazioni che coinvolgono l'energia nucleare sono principalmente la fissione nucleare,e la fusione nucleare.




Nelle reazioni di fissione i nuclei di atomi pesanti come l'uranio, il plutonio e il torio si spezzano producendo nuclei con numero atomico minore,quindi più leggeri, diminuendo la propria massa totale e liberando una grande quantità di energia. Il processo di fissione indotta viene usato per produrre energia nelle centrali nucleari. Le prime bombe atomiche, del tipo di quelle sganciate su Hiroshima e Nagasaki, erano basate sul principio della fissione. Si deve notare che in questo contesto il termine atomico è assolutamente inesatto o almeno inappropriato in quanto i processi coinvolti sono viceversa di tipo nucleare, coinvolgendo i nuclei degli atomi e non gli atomi stessi. Il solo isotopo fissile dell’uranio presente in natura è l'uranio 235. È l'isotopo dell'uranio con numero di massa pari a 235. Poiché il numero di massa è la somma del numero di protoni e del numero di neutroni nel nucleo, avendo numero atomico 92, l’uranio 235 ha una elevata probabilità di scindersi se bombardato con neutroni termici, e la sua fissione è accompagnata dall'emissione di un numero di neutroni sufficiente a sostenere una reazione a catena, quindi produzione di energia.



Nelle reazioni di fusione i nuclei di atomi con basso numero atomico, come l'idrogeno, il deuterio o il trizio, si fondono dando origine a nuclei più pesanti e rilasciando una notevole quantità di energia (molto superiore a quella rilasciata nella fissione, a parità di numero di reazioni nucleari coinvolte). In natura le reazioni di fusione sono quelle che producono l'energia proveniente dalle stelle.




Finora, malgrado decenni di sforzi da parte dei ricercatori di tutto il mondo, non è ancora stato possibile realizzare, in modo stabile, reazioni di fusione controllata sul nostro pianeta anche se è in sviluppo il progetto ITER, un progetto che con il successore DEMO darà vita alla prima centrale nucleare a fusione del mondo. È invece attualmente possibile ottenere grandi quantità di energia attraverso reazioni di fusione incontrollate come, ad esempio, nella bomba all'idrogeno.

Però queste reazioni comportano la produzione di scorie radioattive.



In genere si definisce scoria radioattiva lo scarto di combustibile nucleare esausto derivante dalla fissione nucleare. Questa definizione però è incompleta, il combustibile esausto è infatti considerato scoria nucleare di III categoria, cioè scorie di alta radiotossicità e di grande persistenza nell'ambiente. Si classificano scorie di I e II categoria invece prodotti contaminati o rifiuti radiologici da ambito nucleare, industriale e radioterapico.





L’energia viene prodotta in apposite centrali. Il principio di funzionamento delle centrali nucleari é simile alle centrali termoelettriche.La differenza sostanziale è la modalità di produzione del vapore.
Nelle centrali nucleari la produzione del vapore per azionare la turbina si compie nel reattore nucleare. La parte fondamentale di quest’ultimo é il nocciolo, costituito da contenitori nei quali viene inserito il combustibile nucleare: cilindretti di uranio. All'interno del nocciolo viene innescato il processo di fissione nucleare controllato che produce il calore necessario a scaldare l'acqua e trasformarla in vapore ad alta pressione. Il vapore viene convogliato sulla turbina che ruotando trasmette la sua energia meccanica all'alternatore che a sua volta la trasforma in energia elettrica grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Il controllo del processo di fissione avviene attraverso le barre di controllo, le quali si inseriscono nel reattore per regolarne la potenza e, all'occorrenza, per spegnerlo. Il reattore deve avere una struttura in grado di non lasciare fuoriuscire le sostanze radioattive che si sprigionano durante il processo di fissione. Il reattore è inserito in un cilindro d'acciaio inossidabile posto all'interno di un contenitore in cemento armato dello spessore di almeno un metro. Anche l'edifico che contiene il reattore é fatto di una solida struttura in cemento armato.
In Italia esistono quattro centrali nucleari, ma a seguito del referendum del 1987 hanno cessato la loro attività.