الطاقة النووية

اكتُشفت عملية الانشطار النووي عام 1938 بعد أكثر من أربعة عقود من العمل على علم النشاط الإشعاعي وتطوير فيزياء نووية جديدة تصف مكونات الذرات . بعد اكتشاف عملية الانشطار بفترة وجيزة، أُدرك أن النيوترونات المنبعثة من نواة منشطرة يمكن أن تُحفز، في ظل الظروف المناسبة، انشطار النوى المجاورة، مما يُؤدي إلى بدء تفاعل متسلسل ذاتي الاستدامة . ^{[ 8 ]} وبمجرد تأكيد ذلك تجريبيًا عام 1939، ناشد العلماء في العديد من الدول حكوماتهم دعم أبحاث الانشطار النووي، قبيل اندلاع الحرب العالمية الثانية ، بهدف تطوير سلاح نووي . ^{[ 9 ]}

في الولايات المتحدة، أدت هذه الجهود البحثية إلى إنشاء أول مفاعل نووي من صنع الإنسان ، وهو مفاعل شيكاغو بايل-1 تحت ملعب ستاغ فيلد بجامعة شيكاغو ، والذي وصل إلى حالة التفاعل النووي الحرجة في 2 ديسمبر 1942. وكان تطوير هذا المفاعل جزءًا من مشروع مانهاتن ، وهو مشروع الحلفاء لصنع القنابل الذرية خلال الحرب العالمية الثانية. وقد أدى ذلك إلى بناء مفاعلات إنتاج أكبر ذات غرض واحد لإنتاج البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة النووية الأولى. أجرت الولايات المتحدة أول تجربة نووية لها في يوليو 1945، وهي تجربة ترينيتي ، ووقعت عمليات القصف الذري لهيروشيما وناغازاكي بعد شهر واحد. ^{[ 10 ]}

على الرغم من الطبيعة العسكرية للأجهزة النووية الأولى، ساد تفاؤل كبير في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين بأن الطاقة النووية قادرة على توفير طاقة رخيصة ومتجددة. ^{[ 12 ]} تم توليد الكهرباء لأول مرة بواسطة مفاعل نووي في 20 ديسمبر 1951، في محطة EBR-I التجريبية بالقرب من أركو، أيداهو ، والتي أنتجت في البداية حوالي 100  كيلوواط. ^{[ 13 ] [ 14 ]} في عام 1953، ألقى الرئيس الأمريكي دوايت أيزنهاور خطابه الشهير " الذرة من أجل السلام " في الأمم المتحدة ، مؤكدًا على ضرورة تطوير استخدامات "سلمية" للطاقة النووية بسرعة. تبع ذلك قانون الطاقة الذرية لعام 1954 الذي سمح برفع السرية عن تكنولوجيا المفاعلات الأمريكية بسرعة وشجع القطاع الخاص على تطويرها. ^{[ 15 ]}

كانت البحرية الأمريكية أول منظمة تطور الطاقة النووية العملية ، وذلك باستخدام مفاعل S1W لتشغيل الغواصات وحاملات الطائرات . أُطلقت أول غواصة تعمل بالطاقة النووية، وهي يو إس إس نوتيلوس ، في يناير 1954.  ^{[ 16 ] [ 17 ]} كان مفاعل S1W مفاعلًا يعمل بالماء المضغوط . وقد تم اختيار هذا التصميم لبساطته وصغر حجمه وسهولة تشغيله مقارنةً بالتصاميم البديلة، مما جعله أكثر ملاءمة للاستخدام في الغواصات. وقد أدى هذا القرار إلى اعتماد مفاعل الماء المضغوط لتوليد الطاقة أيضًا، مما كان له أثر دائم على سوق الكهرباء المدنية في السنوات اللاحقة. ^{[ 18 ]}

في 27 يونيو 1954، أصبحت محطة أوبنينسك للطاقة النووية في الاتحاد السوفيتي أول محطة طاقة نووية في العالم تولد الكهرباء لشبكة كهربائية ، حيث أنتجت حوالي 5 ميغاواط من الطاقة الكهربائية. ^{[ 19 ]} وفي 27 أغسطس 1956، تم ربط أول محطة طاقة نووية تجارية في العالم، وهي محطة كالدير هول في ويندسكيل بإنجلترا، بشبكة الكهرباء الوطنية. وكما هو الحال مع عدد من مفاعلات الجيل الأول الأخرى ، كان للمحطة غرض مزدوج يتمثل في إنتاج الكهرباء والبلوتونيوم -239 ، الذي استُخدم في برنامج الأسلحة النووية الناشئ في بريطانيا . ^{[ 20 ]}

ارتفعت القدرة النووية العالمية المركبة في البداية بسرعة نسبية، من أقل من 1 جيجاوات (GW) عام 1960 إلى 100  جيجاوات في أواخر السبعينيات. ^{[ 16 ]} خلال السبعينيات والثمانينيات، أدى ارتفاع التكاليف الاقتصادية (المرتبط بفترات الإنشاء الطويلة نتيجةً للتغييرات التنظيمية ودعاوى جماعات الضغط) ^{[ 21 ]} وانخفاض أسعار الوقود الأحفوري إلى جعل محطات الطاقة النووية قيد الإنشاء آنذاك أقل جاذبية. في الثمانينيات في الولايات المتحدة والتسعينيات في أوروبا، جعل تحرير قطاع الكهرباء الاستثمار في محطات الطاقة النووية الجديدة (التي تتميز بتكاليف رأسمالية أولية مرتفعة وتكاليف تشغيل منخفضة) أقل جاذبية من محطات الغاز الطبيعي (التي لم تواجه معارضة سياسية تُذكر، وكانت أسرع في البناء، وتتميز بأسعار وقود منخفضة). ^{[ 16 ]}

كان لأزمة النفط عام 1973 أثرٌ بالغٌ على دولٍ مثل فرنسا واليابان ، اللتين كانتا تعتمدان بشكلٍ كبيرٍ على النفط لتوليد الكهرباء، ما دفعهما إلى الاستثمار في الطاقة النووية. [ ^{22 ] قامت} فرنسا ببناء 25 محطة طاقة نووية خلال السنوات الخمس عشرة التالية، ^{[ 23 ] [ 24 ]} وبحلول عام 2019، كان 71% من الكهرباء الفرنسية يُولّد من الطاقة النووية، وهي أعلى نسبةٍ بين دول العالم. ^{[ 25 ]}

ظهرت بعض المعارضة المحلية للطاقة النووية في الولايات المتحدة في أوائل الستينيات. ^{[ 26 ]} وفي أواخر الستينيات، بدأ بعض أعضاء المجتمع العلمي في التعبير عن مخاوف جدية. ^{[ 27 ]} وتعلقت هذه المخاوف المناهضة للطاقة النووية بالحوادث النووية ، وانتشار الأسلحة النووية ، والإرهاب النووي ، والتخلص من النفايات المشعة . ^{[ 28 ]} وفي أوائل السبعينيات، اندلعت احتجاجات واسعة النطاق حول محطة طاقة نووية مقترحة في مدينة فيهل الألمانية. وقد أُلغي المشروع عام 1975. وقد ألهم النجاح الذي حققته المعارضة في فيهل معارضة الطاقة النووية في أجزاء أخرى من أوروبا وأمريكا الشمالية. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

بحلول منتصف سبعينيات القرن العشرين، اكتسب النشاط المناهض للطاقة النووية شعبيةً وتأثيرًا أوسع، وبدأت الطاقة النووية تُصبح قضية احتجاجات شعبية واسعة النطاق. ^{[ 31 ] [ 32 ]} في بعض البلدان، بلغ النقاش حول الطاقة النووية "حدةً غير مسبوقة في تاريخ الجدالات التكنولوجية". ^{[ 33 ]} أدى ازدياد العداء الشعبي للطاقة النووية إلى إطالة إجراءات الحصول على التراخيص، وزيادة اللوائح، ورفع متطلبات معدات السلامة، مما جعل بناء محطات جديدة أكثر تكلفةً بكثير. ^{[ 34 ] [ 35 ]} في الولايات المتحدة، أُلغي أكثر من 120 مقترحًا لبناء مفاعلات نووية في نهاية المطاف ^{[ 36 ]} وتوقف بناء المفاعلات الجديدة تمامًا. ^{[ 37 ]} لعب حادث عام 1979 في جزيرة ثري مايل دورًا رئيسيًا في انخفاض عدد محطات الطاقة النووية الجديدة في العديد من البلدان. ^{​​[ 27 ]}

خلال ثمانينيات القرن الماضي، كان يتم تشغيل مفاعل نووي جديد كل 17  يومًا في المتوسط. ^{[ 38 ]} وبحلول نهاية العقد، بلغت القدرة النووية المركبة عالميًا 300  جيجاواط. ومنذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي، تباطأت إضافة القدرات الجديدة بشكل ملحوظ، حيث بلغت القدرة النووية المركبة 365  جيجاواط في عام 2005. ^{[ 39 ]}

أدت كارثة تشيرنوبيل عام 1986 في الاتحاد السوفيتي ، والتي شملت مفاعل RBMK ، إلى تغيير مسار تطوير الطاقة النووية، وزادت من التركيز على الالتزام بمعايير السلامة واللوائح الدولية. ^{[ 40 ]} وتُعتبر هذه الكارثة أسوأ كارثة نووية في التاريخ، سواءً من حيث عدد الضحايا، حيث بلغ عدد الوفيات المباشرة 56 حالة، أو من حيث التكلفة، إذ قُدّرت تكاليف التنظيف والإصلاح بـ 18  مليار روبل روسي (68 مليار دولار أمريكي في عام 2019، بعد تعديلها وفقًا للتضخم). ^{[ 41 ] [ 42 ]} وقد تأسست الرابطة العالمية لمشغلي المنشآت النووية (WANO) ، وهي منظمة دولية تُعنى بتعزيز الوعي بالسلامة والتطوير المهني للعاملين في المنشآت النووية ، كنتيجة مباشرة لحادثة تشيرنوبيل عام 1986. ولعبت كارثة تشيرنوبيل دورًا رئيسيًا في الحد من عدد محطات الطاقة النووية الجديدة التي تم إنشاؤها في السنوات اللاحقة. ^{[ 27 ]} تأثرت إيطاليا بهذه الأحداث، فصوتت ضد الطاقة النووية في استفتاء عام 1987، ^{[ 43 ]} لتصبح أول اقتصاد رئيسي يتخلص تمامًا من الطاقة النووية في عام 1990. ^{[ 44 ]}  

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كان قطاع الطاقة النووية يتوقع نهضة نووية ، وزيادة في بناء مفاعلات جديدة، بسبب المخاوف بشأن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 45 ]} خلال هذه الفترة، بدأ بناء مفاعلات الجيل الثالث الأحدث ، مثل مفاعل EPR . ^{[ 46 ]}

• 
  صافي توليد الكهرباء حسب المصدر والنمو منذ عام 1980. من حيث الطاقة المولدة بين عامي 1980 و 2010، كان نمو مساهمة الانشطار هو الأسرع.
• 
  إنتاج الكهرباء في فرنسا ، مما يُظهر التحول إلى الطاقة النووية.

    الأحفورة الحرارية

    الطاقة الكهرومائية

    الطاقة النووية

    مصادر الطاقة المتجددة الأخرى
• 
  توقف معدل بناء المفاعلات الجديدة بشكل أساسي في أواخر الثمانينيات. وكان عامل القدرة المتزايد في المفاعلات القائمة هو المسؤول بشكل أساسي عن الزيادة المستمرة في الطاقة الكهربائية المنتجة خلال هذه الفترة.
• 
  اتجاهات توليد الكهرباء في الدول المنتجة الرئيسية (عالمنا في بيانات)

تأخرت آفاق النهضة النووية بسبب حادث نووي آخر. ^{[ 45 ] [ 47 ]} وقد نجم حادث فوكوشيما دايتشي النووي عام 2011 عن زلزال وتسونامي توهوكو ، أحد أكبر الزلازل المسجلة على الإطلاق. وتعرضت محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية لثلاث حالات انصهار نووي نتيجة عطل في نظام التبريد الطارئ بسبب انقطاع التيار الكهربائي. ونتج عن ذلك أخطر حادث نووي مدني منذ كارثة تشيرنوبيل عام 1986. ^{[ 48 ]}

أدى الحادث إلى إعادة النظر في إجراءات السلامة النووية وسياسات الطاقة النووية في العديد من الدول. ^{[ 49 ]} وافقت ألمانيا على خطط لإغلاق جميع مفاعلاتها بحلول عام 2022، وقامت دول أخرى كثيرة بمراجعة برامجها للطاقة النووية. ^{[ 50 ] [ 51 ]} في أعقاب الكارثة، أغلقت اليابان جميع مفاعلاتها النووية، بعضها بشكل دائم، وفي عام 2015 بدأت عملية تدريجية لإعادة تشغيل المفاعلات الأربعين المتبقية، بعد إجراء فحوصات السلامة واستنادًا إلى معايير تشغيل منقحة وموافقة عامة. ^{[ 52 ]}

في عام 2022، أعلنت الحكومة اليابانية، بقيادة رئيس الوزراء فوميو كيشيدا ، عن إعادة تشغيل 10 محطات طاقة نووية أخرى منذ كارثة عام 2011. ^{[ 53 ]} كما يسعى كيشيدا إلى دعم البحث وبناء محطات نووية جديدة أكثر أمانًا لحماية المستهلكين اليابانيين من تقلبات أسعار الوقود الأحفوري، والحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في اليابان. ^{[ 54 ]} ويهدف كيشيدا إلى جعل اليابان مُصدِّرًا رئيسيًا للطاقة والتكنولوجيا النووية إلى الدول النامية حول العالم. ^{[ 54 ]}

بحلول عام 2015، أصبحت توقعات الوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن الطاقة النووية أكثر إشراقاً، إذ أقرت بأهمية توليد الطاقة منخفضة الكربون للتخفيف من آثار تغير المناخ . ^{[ 55 ]} اعتباراً من عام 2015كان الاتجاه العالمي يتمثل في موازنة عدد محطات الطاقة النووية الجديدة التي تدخل الخدمة مع عدد المحطات القديمة التي يتم إيقاف تشغيلها. ^{[ 56 ]} في عام 2016، توقعت إدارة معلومات الطاقة الأمريكية، في سيناريوها الأساسي، أن يرتفع إنتاج الطاقة النووية العالمي من 2344 تيراواط ساعة (TWh) في عام 2012 إلى 4500  تيراواط ساعة في عام 2040. وكان من المتوقع أن تتركز معظم هذه الزيادة في آسيا. ^{[ 57 ]} وبحلول عام 2018، كان هناك أكثر من 150 مفاعلًا نوويًا مخططًا لها، بما في ذلك 50 مفاعلًا قيد الإنشاء. ^{[ 58 ]} وفي يناير 2019، كان لدى الصين 45 مفاعلًا قيد التشغيل، و13 مفاعلًا قيد الإنشاء، وخططت لبناء 43 مفاعلًا إضافيًا، مما سيجعلها أكبر منتج للكهرباء النووية في العالم. ^{[ 59 ]} وبحلول عام 2021، أفيد أن 17 مفاعلًا قيد الإنشاء. وبلغت حصتها من الكهرباء المولدة من الطاقة النووية 5% في عام 2019. ^{[ 60 ]}

في أكتوبر/تشرين الأول 2021، وافق مجلس الوزراء الياباني على الخطة الجديدة لتوليد الكهرباء حتى عام 2030، التي أعدتها وكالة الموارد الطبيعية والطاقة (ANRE) ولجنة استشارية، بعد إجراء مشاورات عامة. ويتطلب الهدف النووي لعام 2030 إعادة تشغيل عشرة مفاعلات أخرى. وفي يوليو/تموز 2022، أعلن رئيس الوزراء فوميو كيشيدا أن على البلاد النظر في بناء مفاعلات متطورة وتمديد تراخيص التشغيل لما بعد 60 عامًا. ^{[ 61 ]}

مع ارتفاع أسعار النفط والغاز العالمية بحلول عام 2022، وفي الوقت الذي تعيد فيه ألمانيا تشغيل محطات الفحم لديها لمواجهة نقص الغاز الروسي الذي تحتاجه لتكملة تحولها الطاقي ^{[ 62 ]} ، أعلنت العديد من الدول الأخرى عن خطط طموحة لتنشيط قدرة توليد الطاقة النووية المتقادمة باستثمارات جديدة. أعلن الرئيس الفرنسي إيمانويل ماكرون عن نيته بناء ستة مفاعلات جديدة في العقود القادمة، واضعًا الطاقة النووية في صميم مساعي فرنسا لتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2050 ^{[ 63 ].} في غضون ذلك، تخطط وزارة الطاقة الأمريكية ، بالتعاون مع كيانات تجارية مثل TerraPower و X-energy ، لبناء مفاعلين نوويين متطورين مختلفين بحلول عام 2027، مع خطط إضافية لتطبيق الطاقة النووية في أهدافها طويلة الأجل المتعلقة بالطاقة النظيفة وأمن الطاقة ^{[ 64 ] .}

خلال العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، ازداد اهتمام صناعة الطاقة النووية بالمفاعلات المعيارية الصغيرة (SMR) بشكل كبير، انطلاقًا من توقعات بأن المفاعلات الأصغر حجمًا ستتيح نشرًا أسرع بتكاليف تمويل أقل أثناء البناء، فضلًا عن انخفاض التكلفة نتيجةً لتصنيع المكونات الرئيسية الأصغر حجمًا بكميات أكبر في المصانع، مما يعوض بشكل كبير وفورات الحجم التي توفرها المفاعلات الكبيرة التقليدية. وفي عام 2026، أفادت شركة ناتيكس للخدمات المصرفية للشركات والاستثمار بأن قطاع المفاعلات المعيارية الصغيرة لا يزال بعيدًا عن الواقع التجاري، وأنه يدخل مرحلةً يتعين فيها على الطموح الهندسي مواجهة التعقيدات التنظيمية، وواقع التمويل، والتنفيذ الصناعي. ^{[ 65 ]}

يُعدّ اليورانيوم عنصرًا شائعًا نسبيًا في قشرة الأرض، إذ يُقارب انتشاره انتشار القصدير أو الجرمانيوم ، وهو أكثر شيوعًا من الفضة بنحو 40 ضعفًا . ^{[ 71 ]} يتواجد اليورانيوم بتراكيز ضئيلة في معظم الصخور والتربة ومياه المحيطات، ولكنه يُستخرج اقتصاديًا فقط في المناطق التي يتواجد فيها بتراكيز عالية نسبيًا. وبحلول عام 2011، كانت موارد اليورانيوم المعروفة في العالم، والقابلة للاستخراج اقتصاديًا بسعر ثابت قدره 130 دولارًا أمريكيًا للكيلوغرام، كافيةً لتشغيل المفاعلات النووية الحالية لمدة تتراوح بين 70 و100 عام. ^{[ 72 ]}

تستخدم مفاعلات الماء الخفيف (التي تشكل غالبية المفاعلات العاملة) الوقود النووي بكفاءة منخفضة نسبيًا، إذ تعتمد في الغالب على نظير اليورانيوم-235 النادر جدًا. ^{[ 73 ]} وقد يعيق محدودية إمدادات اليورانيوم-235 التوسع الكبير في استخدام التكنولوجيا النووية الحالية. ^{[ 74 ]} ويمكن لإعادة معالجة النفايات النووية أن تجعلها قابلة لإعادة الاستخدام، كما أن المفاعلات الأحدث تحقق استخدامًا أكثر كفاءة للموارد المتاحة مقارنةً بالمفاعلات الأقدم. ^{[ 73 ]} وتستطيع تقنيات المفاعلات النووية الأكثر تطورًا، مثل المفاعلات السريعة ، استخدام كميات أكبر بكثير من اليورانيوم الطبيعي، واستخدام النفايات النووية الحالية كوقود، فضلًا عن إنتاج وقود جديد من مواد غير انشطارية (انظر مفاعل التوليد ). باستخدام دورة وقود المفاعل السريع النقي، مع احتراق كامل لليورانيوم والأكتينيدات ( التي تُشكل حاليًا أخطر المواد في النفايات النووية)، يُقدّر إجمالي احتياطيات اليورانيوم في الموارد التقليدية وخام الفوسفات بحوالي 160,000 عام، بسعر يتراوح بين 60 و100 دولار أمريكي للكيلوغرام. ^{[ 75 ]} لا تُستخدم دورات الوقود المتقدمة هذه وإعادة المعالجة النووية على نطاق واسع حاليًا، لأن سعر اليورانيوم منخفض جدًا مقارنةً بتكلفة المحطات النووية، لذا يُعد استخراج اليورانيوم الجديد أكثر جدوى اقتصاديًا من إعادة معالجته. كما أن إعادة المعالجة النووية تنطوي على مخاطر أعلى لانتشار الأسلحة النووية، لأنها تفصل موادًا يُمكن استخدامها في تصنيع الأسلحة النووية. ^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}

توجد أيضًا موارد غير تقليدية لليورانيوم. يتواجد اليورانيوم بشكل طبيعي في مياه البحر بتركيز يبلغ حوالي 3 ميكروغرامات لكل لتر، ^{[ 79 ]} ويُعتقد أن 4.4  مليار طن من اليورانيوم موجودة في مياه البحر في أي وقت. ^{[ 80 ]} في عام 2014، اقتُرح أن إنتاج الوقود النووي من مياه البحر سيكون مجديًا اقتصاديًا إذا طُبقت هذه العملية على نطاق واسع. ^{[ 81 ]} على مدى فترات زمنية جيولوجية، سيتم تجديد اليورانيوم المستخرج على نطاق صناعي من مياه البحر عن طريق كل من التعرية النهرية للصخور والعملية الطبيعية لذوبان اليورانيوم من سطح قاع المحيط، وكلاهما يحافظ على توازن ذوبان تركيز اليورانيوم في مياه البحر عند مستوى مستقر. ^{[ 80 ]} جادل بعض المعلقين بأن هذا يُعزز من إمكانية اعتبار الطاقة النووية طاقة متجددة . ^{[ 82 ]}

ينتج عن التشغيل الاعتيادي لمحطات ومنشآت الطاقة النووية نفايات مشعة ، أو نفايات نووية. كما ينتج هذا النوع من النفايات أثناء إيقاف تشغيل المحطات. وتنقسم النفايات النووية إلى فئتين رئيسيتين: النفايات منخفضة الإشعاع والنفايات عالية الإشعاع. ^{[ 84 ]} تتميز الأولى بانخفاض مستوى الإشعاع، وتشمل مواد ملوثة مثل الملابس، مما يشكل خطراً محدوداً. أما النفايات عالية الإشعاع، فهي في الأساس الوقود المستهلك من المفاعلات النووية، وهو شديد الإشعاع، ويجب تبريده ثم التخلص منه بطريقة آمنة أو إعادة معالجته. ^{[ 84 ]}

النفايات عالية المستوى

يُعدّ الوقود النووي المستهلك أهمّ أنواع النفايات الناتجة عن مفاعلات الطاقة النووية ، ويُصنّف ضمن النفايات عالية الإشعاع. في مفاعلات الماء الخفيف ، يتكوّن الوقود المستهلك عادةً من 95% يورانيوم، و4% نواتج انشطار ، ونحو 1% من الأكتينيدات العابرة لليورانيوم (معظمها بلوتونيوم ونبتونيوم وأمريكيوم ). ^{[ 86 ]} تُشكّل نواتج الانشطار الجزء الأكبر من النشاط الإشعاعي قصير المدى، بينما يُشكّل البلوتونيوم والأكتينيدات العابرة لليورانيوم الجزء الأكبر من النشاط الإشعاعي طويل المدى . ^{[ 87 ]}

يجب تخزين النفايات عالية الإشعاع بمعزل عن المحيط الحيوي مع توفير حماية كافية للحد من التعرض للإشعاع. بعد إخراجها من المفاعلات، تُخزن حزم الوقود المستهلك لمدة تتراوح بين ست وعشر سنوات في أحواض مخصصة للوقود المستهلك ، والتي توفر التبريد والحماية من الإشعاع. بعد ذلك، يبرد الوقود بدرجة كافية تسمح بنقله بأمان إلى حاويات التخزين الجافة . ^{[ 88 ]} يتناقص النشاط الإشعاعي بشكل أُسّي مع مرور الوقت، بحيث ينخفض ​​بنسبة 99.5% بعد 100 عام. ^{[ 89 ]} تتحلل نواتج الانشطار قصيرة العمر (SLFPs) ذات النشاط الإشعاعي العالي إلى عناصر مستقرة في غضون 300 عام تقريبًا، وبعد حوالي 100,000 عام، يصبح الوقود المستهلك أقل إشعاعًا من خام اليورانيوم الطبيعي. ^{[ 83 ] [ 90 ]}

تشمل الطرق الشائعة المقترحة لعزل نفايات نواتج الانشطار طويلة الأمد من الغلاف الحيوي الفصل والتحويل ، ^{[ 83 ]} والمعالجات المتزامنة ، أو التخزين الجيولوجي العميق. ^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]}

لا تستطيع مفاعلات النيوترونات الحرارية ، التي تشكل حاليًا غالبية أسطول المفاعلات النووية في العالم، استهلاك البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات النووية ، والذي ينتج أثناء تشغيلها. وهذا يحد من عمر الوقود النووي إلى بضع سنوات. في بعض الدول، كالولايات المتحدة، يُصنف الوقود المستهلك بالكامل كنفايات نووية. ^{[ 95 ]} وفي دول أخرى، كفرنسا، يُعاد معالجته بشكل كبير لإنتاج وقود مُعاد تدويره جزئيًا، يُعرف باسم وقود الأكسيد المختلط ( MOX) . أما بالنسبة للوقود المستهلك الذي لا يُعاد معالجته، فإن أكثر النظائر إثارة للقلق هي العناصر العابرة لليورانيوم متوسطة العمر ، والتي يتصدرها البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات النووية ( بعمر نصف يبلغ 24000 عام). ^{[ 96 ]} يمكن لبعض تصاميم المفاعلات المقترحة، مثل المفاعل السريع المتكامل ومفاعلات الملح المنصهر ، استخدام البلوتونيوم والأكتينيدات الأخرى الموجودة في الوقود المستهلك من مفاعلات الماء الخفيف كوقود، وذلك بفضل طيف الانشطار السريع لهذه العناصر . وهذا يوفر بديلاً أكثر جاذبية للتخلص الجيولوجي العميق. ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]}

ينتج عن دورة وقود الثوريوم نواتج انشطار مماثلة، إلا أنها تُنتج نسبة أقل بكثير من العناصر العابرة لليورانيوم نتيجةً لعمليات التقاط النيوترونات داخل المفاعل. وعلى الرغم من أن التعامل مع وقود الثوريوم المستهلك أصعب من التعامل مع وقود اليورانيوم المستهلك، إلا أنه قد يُشكل مخاطر انتشار نووي أقل نوعًا ما. ^{[ 100 ]}

التخلص من النفايات

بعد التخزين المؤقت في حوض الوقود المستهلك ، يتم تخزين حزم قضبان الوقود المستهلكة لمحطة الطاقة النووية النموذجية في الموقع في خزانات تخزين جافة . ^{[ 110 ]}

غالبًا ما يُعتبر التخلص من النفايات النووية الجانب الأكثر إثارةً للجدل السياسي في دورة حياة محطة الطاقة النووية. ^{[ 111 ]} ويُشار إلى عدم نقل النفايات النووية في مفاعلات الانشطار النووي الطبيعية في أوكلو ، الغابون،  والتي يعود تاريخها إلى ملياري عام، باعتبارها "مصدرًا أساسيًا للمعلومات اليوم". ^{[ 112 ] [ 113 ]} ويقترح الخبراء أن إنشاء مستودعات مركزية تحت الأرض، تُدار وتُحرس وتُراقب بشكل جيد، سيُمثل تحسنًا كبيرًا. ^{[ 111 ]} وهناك "إجماع دولي على جدوى تخزين النفايات النووية في مستودعات جيولوجية عميقة ". ^{[ 114 ]} ومع ظهور تقنيات جديدة، تم اقتراح طرق أخرى، بما في ذلك التخلص من النفايات عن طريق الحفر الأفقي في المناطق غير النشطة جيولوجيًا. ^{[ 115 ] [ 116 ]}

لا توجد حاليًا أي مستودعات نفايات عالية الإشعاع تحت الأرض مصممة خصيصًا لهذا الغرض وعلى نطاق تجاري قيد التشغيل. ^{[ 114 ] [ 117 ] [ 118 ]} ومع ذلك، في فنلندا، كان مستودع أونكالو للوقود النووي المستهلك التابع لمحطة أولكيلوتو للطاقة النووية قيد الإنشاء اعتبارًا من عام 2015. ^{[ 119 ]}

تعتمد معظم مفاعلات النيوترونات الحرارية على دورة وقود نووي أحادية الاستخدام ، ويعود ذلك أساسًا إلى انخفاض سعر اليورانيوم الخام. مع ذلك، تُستخدم في العديد من المفاعلات مواد انشطارية مُعاد تدويرها متبقية في الوقود النووي المستهلك. وأكثر المواد الانشطارية شيوعًا التي يُعاد تدويرها هي البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات (RGPu) المُستخلص من الوقود المستهلك. يُخلط هذا البلوتونيوم مع أكسيد اليورانيوم ويُصنع منه وقود أكسيد مختلط (MOX ). ونظرًا لأن مفاعلات الماء الخفيف الحرارية لا تزال الأكثر شيوعًا عالميًا، فإن هذا النوع من إعادة التدوير هو الأكثر استخدامًا. يُعتقد أنه يُعزز استدامة دورة الوقود النووي، ويُقلل من جاذبية الوقود المستهلك للسرقة، ويُخفض حجم النفايات النووية عالية الإشعاع. ^{[ 120 ]} لا يُمكن عمومًا إعادة تدوير وقود MOX المستهلك لاستخدامه في مفاعلات النيوترونات الحرارية. لا تؤثر هذه المشكلة على مفاعلات النيوترونات السريعة ، ولذلك تُفضل لتحقيق الاستفادة الكاملة من طاقة اليورانيوم الأصلي. ^{[ 121 ] [ 122 ]}

المكون الرئيسي للوقود المستهلك من مفاعلات الماء الخفيف هو اليورانيوم المخصب قليلاً . ويمكن إعادة تدويره إلى يورانيوم مُعاد معالجته (RepU)، والذي يمكن استخدامه في مفاعل سريع، أو استخدامه مباشرةً كوقود في مفاعلات كاندو ، أو إعادة تخصيبه لدورة أخرى عبر مفاعل ماء خفيف. وتُعد إعادة تخصيب اليورانيوم المُعاد معالجته شائعة في فرنسا وروسيا. ^{[ 123 ]} كما أن اليورانيوم المُعاد معالجته أكثر أمانًا من حيث احتمالية الانتشار النووي. ^{[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]}

تتمتع إعادة المعالجة بإمكانية استعادة ما يصل إلى 95% من اليورانيوم والبلوتونيوم الموجود في الوقود النووي المستهلك، فضلاً عن تقليل النشاط الإشعاعي طويل الأمد في النفايات المتبقية. ومع ذلك، تُعدّ إعادة المعالجة مثيرة للجدل سياسياً بسبب احتمالية انتشار الأسلحة النووية واختلاف الآراء حول زيادة احتمالية التعرض للإرهاب النووي . ^{[ 121 ] [ 127 ]} كما تؤدي إعادة المعالجة إلى ارتفاع تكلفة الوقود مقارنةً بدورة الوقود ذات الاستخدام الواحد. ^{[ 121 ] [ 127 ]} في حين أن إعادة المعالجة قادرة على تقليل حجم النفايات عالية الإشعاع بنسبة 80%، إلا أنها لا تقلل من نواتج الانشطار التي تُعدّ السبب الرئيسي لتوليد الحرارة المتبقية والنشاط الإشعاعي خلال القرن الأول خارج المفاعل. وبالتالي، لا تزال النفايات المعاد معالجتها تتطلب معالجة مماثلة تقريباً للوقود النووي المستهلك، على الأقل خلال المئة عام الأولى، وبعدها قد ينخفض ​​النشاط الإشعاعي للنفايات المعاد معالجتها بشكل أسرع. ^{[ 123 ]}

تُجرى حاليًا عمليات إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك من مفاعلات الطاقة في فرنسا والمملكة المتحدة وروسيا واليابان والهند. أما في الولايات المتحدة، فلا يُعاد معالجة الوقود النووي المستهلك حاليًا. ^{[ 123 ]} يعمل مرفق لاهاي لإعادة المعالجة في فرنسا تجاريًا منذ عام 1976، وهو مسؤول عن نصف عمليات إعادة المعالجة في العالم حتى عام 2010. ^{[ 128 ]} ينتج المرفق وقود MOX من الوقود المستهلك المستخرج من عدة دول. وقد أُعيدت معالجة أكثر من 32,000 طن من الوقود المستهلك حتى عام 2015، غالبيتها من فرنسا، و17% من ألمانيا، و9% من اليابان. ^{[ 129 ]}

التوليد هو عملية تحويل المواد غير الانشطارية إلى مواد انشطارية يمكن استخدامها كوقود نووي. تُسمى المواد غير الانشطارية التي يمكن استخدامها في هذه العملية بالمواد الخصبة ، وهي تُشكل الغالبية العظمى من النفايات النووية الحالية. تحدث عملية التوليد هذه بشكل طبيعي في مفاعلات التوليد . على عكس مفاعلات الماء الخفيف الحرارية النيوترونية، التي تستخدم اليورانيوم-235 (0.7% من إجمالي اليورانيوم الطبيعي)، تستخدم مفاعلات التوليد النيوترونية السريعة اليورانيوم-238 (99.3% من إجمالي اليورانيوم الطبيعي) أو الثوريوم. يُعتبر عدد من دورات الوقود ومجموعات مفاعلات التوليد مصادر طاقة مستدامة أو متجددة. ^{[ 130 ] [ 131 ]} في عام 2006، قُدِّر أنه مع استخراج مياه البحر، من المحتمل وجود موارد يورانيوم تكفي لخمسة مليارات سنة لاستخدامها في مفاعلات التوليد. ^{[ 132 ]}

استُخدمت تقنية المفاعلات المولدة في العديد من المفاعلات، ولكن اعتبارًا من عام 2006، تتطلب التكلفة العالية لإعادة معالجة الوقود بأمان أسعارًا لليورانيوم تتجاوز 200 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد قبل أن يصبح استخدامها مُبررًا اقتصاديًا. ^{[ 133 ]} ومع ذلك، يجري تطوير مفاعلات المفاعلات المولدة لقدرتها على حرق جميع الأكتينيدات (المكونات الأكثر نشاطًا وخطورة) الموجودة في المخزون الحالي للنفايات النووية، مع إنتاج الطاقة وتوفير كميات إضافية من الوقود لمفاعلات أخرى عبر عملية التوليد. ^{[ 134 ] [ 135 ]} اعتبارًا من عام 2017، يوجد مفاعلان مولدان ينتجان طاقة تجارية، وهما مفاعل BN-600 ومفاعل BN-800 ، وكلاهما في روسيا. ^{[ 136 ]} تم إيقاف تشغيل مفاعل فينيكس المولد في فرنسا عام 2009 بعد 36 عامًا من التشغيل. [ 136 ^{] تقوم كل} من الصين والهند ببناء مفاعلات مولدة. يخضع مفاعل التوليد السريع الهندي النموذجي بقدرة 500 ميغاواط لمرحلة التشغيل التجريبي، ^{[ 137 ]} مع وجود خطط لبناء المزيد. ^{[ 138 ]}

من البدائل الأخرى لمفاعلات التوليد بالنيوترونات السريعة، مفاعلات التوليد بالنيوترونات الحرارية التي تستخدم اليورانيوم-233 المُنتَج من الثوريوم كوقود انشطاري في دورة وقود الثوريوم . ^{[ 139 ]} يُعدّ الثوريوم أكثر وفرةً من اليورانيوم بنحو 3.5 مرة في قشرة الأرض، وله خصائص جغرافية مختلفة. ^{[ 139 ]} يتضمن برنامج الطاقة النووية الهندي ثلاثي المراحل استخدام دورة وقود الثوريوم في المرحلة الثالثة، نظرًا لوفرة احتياطيات الثوريوم فيه وقلة احتياطيات اليورانيوم. ^{[ 139 ]}

وقعت بعض الحوادث النووية والإشعاعية الخطيرة. ويُصنَّف مستوى خطورة الحوادث النووية عمومًا باستخدام المقياس الدولي للأحداث النووية (INES) الذي وضعته الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA). يصنف هذا المقياس الأحداث الشاذة أو الحوادث على مقياس من 0 (انحراف عن التشغيل الطبيعي لا يشكل أي خطر على السلامة) إلى 7 (حادث كبير ذو آثار واسعة النطاق). وقد وقعت ثلاثة حوادث من المستوى 5 أو أعلى في قطاع الطاقة النووية المدنية، اثنان منها، وهما حادثة تشيرنوبيل وحادثة فوكوشيما ، مصنفان في المستوى 7.

كانت كارثة كيشتيم في الاتحاد السوفيتي وحريق ويندسكيل في المملكة المتحدة، وكلاهما في عام 1957، أول حادثين نوويين كبيرين. أما أول حادث كبير في مفاعل نووي في الولايات المتحدة الأمريكية فقد وقع عام 1961 في مفاعل SL-1 ، وهو مفاعل تجريبي للطاقة النووية تابع للجيش الأمريكي في مختبر أيداهو الوطني . نتج عن تفاعل متسلسل غير متحكم فيه انفجار بخاري أودى بحياة ثلاثة من أفراد الطاقم وتسبب في انصهار نووي . ^{[ 192 ] [ 193 ]} ووقع حادث خطير آخر عام 1968، عندما تعرض أحد المفاعلين المبردين بالمعدن السائل على متن الغواصة السوفيتية K-27  لعطل في عنصر الوقود ، مما أدى إلى انبعاث نواتج انشطار غازية في الهواء المحيط، وأسفر عن وفاة 9 من أفراد الطاقم وإصابة 83 آخرين. ^{[ 194 ]}

كان حادث فوكوشيما دايتشي النووي نتيجةً لزلزال وتسونامي توهوكو عام 2011. لم يُسفر الحادث عن أي وفيات مرتبطة بالإشعاع، ولكنه أدى إلى تلوث إشعاعي للمناطق المحيطة. ومن المتوقع أن تُكلّف عملية التنظيف المعقدة عشرات المليارات من الدولارات على مدى أربعين عامًا أو أكثر. ^{[ 195 ] [ 196 ]} أما حادث جزيرة ثري مايل عام 1979 فكان حادثًا أصغر حجمًا، مصنفًا ضمن المستوى الخامس من نظام INES. ولم يُسفر الحادث عن أي وفيات مباشرة أو غير مباشرة. ^{[ 197 ]}

يُعدّ تأثير الحوادث النووية موضوعًا مثيرًا للجدل. فبحسب بنجامين ك. سوفاكول ، احتلت حوادث الطاقة الانشطارية المرتبة الأولى بين مصادر الطاقة من حيث التكلفة الاقتصادية الإجمالية، إذ مثّلت 41% من إجمالي الأضرار المادية المنسوبة إلى حوادث الطاقة. ^{[ 198 ]} ووجد تحليل آخر أن حوادث الفحم والنفط والغاز البترولي المسال والطاقة الكهرومائية (وخاصةً كارثة سد بانكياو ) قد أسفرت عن آثار اقتصادية أكبر من حوادث الطاقة النووية. ^{[ 199 ]} وتقارن الدراسة وفيات السرطان الكامنة المنسوبة إلى الطاقة النووية بالوفيات المباشرة الناجمة عن مصادر الطاقة الأخرى لكل وحدة طاقة مُولّدة، ولا تشمل السرطان المرتبط بالوقود الأحفوري والوفيات غير المباشرة الأخرى الناتجة عن استهلاك الوقود الأحفوري ضمن تصنيفها لـ"الحوادث الخطيرة" (الحوادث التي تُسفر عن أكثر من خمس وفيات). وقد تسبب حادث تشيرنوبيل عام 1986 في وفاة ما يقرب من 50 شخصًا نتيجةً لآثار مباشرة وغير مباشرة، بالإضافة إلى بعض الإصابات الخطيرة المؤقتة الناجمة عن متلازمة الإشعاع الحادة . ^{[ 200 ]} يُقدّر عدد الوفيات المتوقعة نتيجة ارتفاع معدلات الإصابة بالسرطان بنحو 4000 حالة وفاة في العقود القادمة. ^{[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ]}

تعمل الطاقة النووية ضمن إطار تأميني يحدّ من مسؤوليات الحوادث أو ينظمها وفقًا للاتفاقيات الوطنية والدولية. ^{[ 204 ]} يُقال غالبًا إن هذا النقص المحتمل في المسؤولية يُمثل تكلفة خارجية غير مُدرجة في تكلفة الكهرباء النووية. هذه التكلفة ضئيلة، إذ تبلغ حوالي 0.1% من التكلفة المُعدّلة للكهرباء ، وفقًا لدراسة أجراها مكتب الميزانية في الكونغرس الأمريكي. ^{[ 205 ]} لا تقتصر تكاليف التأمين الإضافية هذه، المُخصصة لأسوأ السيناريوهات، على الطاقة النووية وحدها. فمحطات الطاقة الكهرومائية، على سبيل المثال، غير مُؤمّنة بالكامل ضد الكوارث، مثل انهيار السدود . فعلى سبيل المثال، تسبب انهيار سد بانكياو في وفاة ما يُقدّر بنحو 30,000 إلى 200,000 شخص،  وفقد 11 مليون شخص منازلهم. وبما أن شركات التأمين الخاصة تُحدد أقساط تأمين السدود بناءً على سيناريوهات محدودة، فإن الدولة تُوفر أيضًا تأمين الكوارث الكبرى في هذا القطاع. ^{[ 206 ]}

قد يستهدف الإرهابيون محطات الطاقة النووية في محاولة لنشر التلوث الإشعاعي في المجتمع. وقد ذكرت لجنة التحقيق في أحداث 11 سبتمبر/أيلول في الولايات المتحدة أن محطات الطاقة النووية كانت من بين الأهداف المحتملة التي نُظر فيها في البداية لهجمات 11 سبتمبر/أيلول 2001. كما أن الهجوم على حوض الوقود المستهلك في المفاعل قد يكون خطيرًا، نظرًا لأن هذه الأحواض أقل حماية من قلب المفاعل. وقد يؤدي تسرب الإشعاع إلى آلاف الوفيات على المدى القريب، وعدد أكبر من الوفيات على المدى البعيد. ^{[ 207 ]}

في الولايات المتحدة، تُجري هيئة التنظيم النووي تدريبات "القوة ضد القوة" في جميع مواقع محطات الطاقة النووية مرة واحدة على الأقل كل ثلاث سنوات. ^{[ 207 ]} وتُحاط هذه المحطات في الولايات المتحدة بصفين من الأسوار العالية التي تخضع للمراقبة الإلكترونية. وتتولى حراسة مسلحة كبيرة حراسة محيط المحطات. ^{[ 208 ]}

يُعدّ التخريب الداخلي تهديدًا أيضًا، إذ يمكن للموظفين مراقبة الإجراءات الأمنية والتحايل عليها. ^{[ 209 ]} في عام 1971، تسبب حريقٌ أشعله عامل صيانة عمدًا في أضرارٍ لحقت بمركز إنديان بوينت للطاقة  في نيويورك ، وبلغت قيمتها ما بين 5 و10 ملايين دولار. ^{[ 210 ] [ 211 ]}

تُعدّ الطاقة النووية إحدى أبرز طرق توليد الطاقة منخفضة الكربون لإنتاج الكهرباء ، ومن حيث إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري لكل وحدة طاقة مُولّدة خلال دورة حياتها ، فإنّ قيم انبعاثاتها تُضاهي أو تقلّ عن قيم انبعاثات الطاقة المتجددة . ^{[ 230 ] [ 231 ]} وأفاد تحليلٌ أجرته الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) عام 2014 لدراسات البصمة الكربونية ، بأنّ متوسط ​​كثافة الانبعاثات المُتضمنة في دورة حياة الطاقة النووية يبلغ 12 غرامًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون _لكل كيلوواط ساعة ، وهو الأدنى بين جميع مصادر الطاقة الأساسية التجارية. ^{[ 229 ] [ 232 ]} ويُقارن هذا بالفحم والغاز الطبيعي اللذين تبلغ انبعاثاتهما 820 و490 غرامًا من مكافئ _ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة على التوالي. ^{[ 229 ] [ 232 ]} وبحسب تقرير ، فقد ساهمت المفاعلات النووية في جميع أنحاء العالم، حتى عام 2021، في تجنّب انبعاث 72 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون منذ عام 1970، مقارنةً بتوليد الكهرباء باستخدام الفحم. ^{[ 185 ] [ 233 ]}   

يبلغ متوسط ​​الجرعة الإشعاعية الطبيعية 2.4 ملي سيفرت سنويًا (ملي سيفرت/سنة) على مستوى العالم. ويتراوح هذا المتوسط ​​بين 1  و13  ملي سيفرت/سنة، ويعتمد ذلك بشكل أساسي على التركيب الجيولوجي للموقع. ووفقًا للجنة العلمية المعنية بآثار الإشعاع الذري الصادرة عن الأمم المتحدة ( UNSCEAR )، فإن التشغيل المنتظم لمحطات الطاقة النووية، بما في ذلك دورة الوقود النووي، يزيد هذا المقدار بمقدار 0.0002  ملي سيفرت/سنة من تعرض الجمهور كمعدل عالمي. أما متوسط ​​الجرعة الإشعاعية التي يتعرض لها السكان المحليون المحيطون بمحطات الطاقة النووية العاملة فهو أقل من 0.0001  ملي سيفرت/سنة. ^{[ 203 ]} وللمقارنة، فإن متوسط ​​الجرعة الإشعاعية التي يتعرض لها السكان الذين يعيشون على بُعد 80 كيلومترًا (50 ميلًا) من محطة طاقة تعمل بالفحم يزيد عن ثلاثة أضعاف هذه الجرعة، حيث يبلغ 0.0003 ملي سيفرت/سنة. ^{[ 234 ]}  

أسفرت كارثة تشيرنوبيل عن تعرض السكان المحيطين الأكثر تضرراً وأفراد الإنقاذ الذكور لمتوسط ​​جرعة أولية تتراوح بين 50 و100  ملي سيفرت على مدى ساعات قليلة إلى أسابيع، في حين أن الإرث العالمي المتبقي لأسوأ حادث في محطة طاقة نووية من حيث متوسط ​​التعرض يبلغ 0.002  ملي سيفرت/سنة ويتناقص باستمرار بمعدل متناقص، من أعلى مستوى أولي بلغ 0.04  ملي سيفرت لكل شخص كمتوسط ​​لجميع سكان نصف الكرة الشمالي في عام الحادث 1986. ^{[ 203 ]}

يتطلب إبطاء الاحتباس الحراري الانتقال إلى اقتصاد منخفض الكربون ، وذلك أساسًا عن طريق تقليل حرق الوقود الأحفوري بشكل كبير . وقد أثار هذا الأمر اهتمامًا وجدلًا واسعًا حول تحديد أفضل السبل لاستبدال الوقود الأحفوري بسرعة في مزيج الطاقة العالمي ، ^{[ 268 ] [ 269 ]} مع نقاش أكاديمي حاد. ^{[ 270 ] [ 271 ]} وفي بعض الأحيان، ترى وكالة الطاقة الدولية أن على الدول التي لا تمتلك طاقة نووية أن تطورها إلى جانب مصادر الطاقة المتجددة. ^{[ 272 ]}

تُعدّ الطاقة النووية مماثلة، وفي بعض الحالات أقل، من العديد من مصادر الطاقة المتجددة من حيث الخسائر في الأرواح لكل وحدة كهرباء مُنتجة. ^{[ 183 ] ​​[ 181 ] [ 274 ]}

تُنتج المفاعلات النووية كمية أقل بكثير من النفايات مقارنةً بمصادر الطاقة المتجددة، على الرغم من أن النفايات النووية أكثر سمية، وأكثر تكلفة في إدارتها، وأطول عمراً مقارنةً بنفايات التقنيات المتجددة. ^{[ 275 ] [ 224 ]} قد تُشكل النفايات النووية خطراً في حال تسربها إلى البيئة، ويجب تخزينها بأمان لآلاف أو حتى مئات آلاف السنين. ^{[ 276 ] [ 277 ] [ 278 ]}

تُعدّ محطات الطاقة النووية أكثر تعقيداً بكثير في عملية إيقاف تشغيلها مقارنةً بمحطات الطاقة المتجددة. إذ يتطلب الأمر تفكيك محطة الطاقة النووية وإزالتها، كما يجب تخزين جزء كبير من مخلفاتها كنفايات نووية منخفضة المستوى لعدة عقود. ^{[ 279 ]}

قد تشكل الطاقة النووية أيضًا خطر انتشار الأسلحة النووية . إذ يمكن استخدام البلوتونيوم واليورانيوم المخصب المنفصلين في الأسلحة النووية ، مما يشكل خطرًا عالميًا كبيرًا على الحضارة الإنسانية والبيئة. ^{[ 223 ] [ 224 ] [ 225 ] [ 226 ]}

تُعدّ مفاعلات الانشطار العاملة حاليًا حول العالم من أنظمة الجيل الثاني أو الثالث ، حيث تم إيقاف تشغيل معظم أنظمة الجيل الأول. وقد بدأ المنتدى الدولي للجيل الرابع (GIF) رسميًا أبحاثًا حول أنواع مفاعلات الجيل الرابع المتقدمة ، استنادًا إلى ثمانية أهداف تقنية، تشمل تحسين الجدوى الاقتصادية، والسلامة، ومقاومة الانتشار النووي، واستخدام الموارد الطبيعية، والقدرة على استهلاك النفايات النووية الموجودة في إنتاج الكهرباء. وتختلف معظم هذه المفاعلات اختلافًا كبيرًا عن مفاعلات الماء الخفيف العاملة حاليًا، ومن المتوقع أن تكون متاحة للإنشاء التجاري بعد عام 2030. ^{[ 287 ]}

الطاقة النووية الهجينة هي وسيلة مقترحة لتوليد الطاقة باستخدام مزيج من عمليات الاندماج والانشطار النووي. يعود هذا المفهوم إلى خمسينيات القرن الماضي، وقد دعا إليه هانز بيث لفترة وجيزة خلال سبعينيات القرن نفسه، لكنه ظل غير مستكشف إلى حد كبير حتى عودة الاهتمام به في عام 2009، بسبب التأخيرات في تحقيق الاندماج النووي النقي. عند بناء محطة طاقة نووية مستدامة تعمل بالاندماج النووي، فإنها ستكون قادرة على استخلاص كل طاقة الانشطار المتبقية في الوقود النووي المستهلك، مما يقلل حجم النفايات النووية بشكل كبير، والأهم من ذلك، القضاء على جميع الأكتينيدات الموجودة في الوقود المستهلك، وهي مواد تثير مخاوف أمنية. ^{[ 288 ]}

تتمتع تفاعلات الاندماج النووي بإمكانية أن تكون أكثر أمانًا وتُنتج نفايات مشعة أقل من الانشطار النووي. ^{[ 290 ] [ 291 ]} تبدو هذه التفاعلات قابلة للتطبيق، على الرغم من صعوبتها التقنية، ولم يتم تطويرها بعد على نطاق يسمح باستخدامها في محطة طاقة عاملة. يخضع توليد طاقة الاندماج لدراسات نظرية وتجريبية منذ خمسينيات القرن الماضي. لا تزال أبحاث الاندماج النووي جارية، ولكن من غير المرجح أن تنتشر طاقة الاندماج تجاريًا على نطاق واسع قبل عام 2050. ^{[ 292 ] [ 293 ]}

توجد العديد من مفاعلات ومنشآت الاندماج النووي التجريبية. يُعدّ مشروع ITER ، وهو مفاعل توكاماك ضخم قيد الإنشاء في فرنسا، أكبر وأضخم مشروع دولي للاندماج النووي قيد التنفيذ حاليًا. يهدف ITER إلى تمهيد الطريق لإنتاج طاقة الاندماج تجاريًا من خلال إثبات تفاعلات الاندماج النووي ذاتية الاستدامة مع زيادة إيجابية في الطاقة. بدأ بناء منشأة ITER في عام 2007، لكن المشروع واجه العديد من التأخيرات وتجاوزات في الميزانية. ومن المتوقع الآن ألا تبدأ المنشأة عملياتها حتى عام 2034. ^{[ 294 ]} وقد اقتُرح إنشاء محطة طاقة اندماج نووي تجارية لاحقة، وهي DEMO . ^{[ 295 ] [ 296 ]} كما توجد اقتراحات لمحطة طاقة تعتمد على نهج اندماج مختلف، وهو محطة طاقة الاندماج بالقصور الذاتي .

كان يُعتقد في البداية أن توليد الكهرباء باستخدام الاندماج النووي أمرٌ سهل التحقيق، كما هو الحال مع الطاقة الكهربائية الناتجة عن الانشطار النووي. إلا أن المتطلبات القصوى للتفاعلات المستمرة واحتواء البلازما أدت إلى تمديد التوقعات لعدة عقود. في عام 2020، وبعد أكثر من 80 عامًا على المحاولات الأولى ، كان يُعتقد أن تسويق إنتاج الطاقة الاندماجية أمرٌ مستبعد قبل عام 2050. ^{[ 295 ] [ 292 ] [ 297 ] [ 293 ] [ 298 ]}

بهدف تعزيز وتسريع تطوير طاقة الاندماج النووي، منحت وزارة الطاقة الأمريكية  46 مليون دولار لثماني شركات، من بينها شركة كومنولث فيوجن سيستمز وشركة توكاماك إنرجي ، في عام 2023. وتهدف هذه المبادرة الطموحة إلى إدخال الاندماج النووي على نطاق تجريبي خلال عقد من الزمن. ^{[ 299 ]}