mini|Leibstadt kjernekraftverk i Sveits med en ytelse på over 1200 MW. Reaktoren som er av kokvannstypen (BWR) ligger inne i sylinderen med kuppelformet topp, og kan sees til venstre for det mye større kjøletårnet. Stasjonen produserer gjennomsnittlig 25 millioner kilowattimer per dag.
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. mini|Palo Verde kjernekraftverk er det største i USA med tre trykkvannsreaktorer (PWR). Kraftverket ligger i Sonoraørkenen. Det bruker behandlet avløpsvann fra byer i nærheten som kjølevann. Den totale mengden brukt brensel/«avfall» produsert siden 1986, finnes i lagringstanker som sees som rekken med sylindre mellom innsjøen og det elektriske koblingsanlegget i øvre høyre del av bildet. mini|De amerikanske atomdrevne skipene, fra øverst til nederst, krysseren USS «Bainbridge», USS «Long Beach» og USS «Enterprise», det lengste marinefartøy, og det første atomdrevne hangarskip. Bildet er tatt i 1964 under en rekordseiling rundt om i verden på 65 dager uten drivstoffpåfylling. Mannskapet har skrevet den berømte formelen E = mc2 i på dekk.
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.
Historie Teoretisk grunnlag 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.
mini|De første lyspærer opplyst av elektrisitet generert av kjernekraft fra Experimental Breeder Reactor I på Argonne National Laboratory-West den 20. desember 1951.
Stor optimisme etter andre verdenskrig 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.
Begynnelsen på atomindustrien 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.
mini|Calder Hall i Storbritannia var verdens første kommersielle kjernekraftverk. Det ble koblet til det nasjonale kraftnettet den 27. august 1956 og offisielt åpnet av Dronning Elizabeth II den 17. oktober 1956.
mini|Shippingport Atomic Power Station i Shipping i Pennsylvania var den første kommersielle atomreaktoren i USA og ble åpnet i 1957.
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.