Für die Erzeugung nuklearer Energie gilt: Es gibt einen Zeitpunkt, an dem etwas so schwer wird, dass es einfach auseinander fällt. Dabei muss zunächst die Wortwahl “Erzeugung” korrigiert werden, denn auch nukleare Energie ist selbstverständlich bereits in anderer Form vorhanden. Durch eine Kernspaltung kommt es lediglich zu einer Umwandlung in jene nukleare Energie. Was genau gewandelt wird, blieb lange Zeit unklar. Erst Albert Einstein erklärte durch seine berühmte Formel den Zusammenhang zwischen Masse und Energie und führte den so genannten Massendefekt ein. Es stellte sich heraus, dass ein Atomkern, der durch Zerfall in zwei einzelne Kerne gespalten wird, in seiner ursprünglichen Form mehr Energie speichert als die beiden Resultate dieses Prozesses. Die überschüssige Energie wird in Form von Kernenergie freigesetzt und bewegt sich im Megaelektronenvolt-Bereich.
Für die Kernspaltung wird also ein Atom eines Elements benötigt, deren Kern ohnehin kurz vor dem Zerfall steht. Stoffe wie Uran erfüllen diese Voraussetzung, da in ihrem Inneren besonders viele Ladungsträger vorhanden sind. Ein Uran-Atom trägt 92 Protonen in seinem Kern. Die verschiedenen Typen von Uran unterscheiden sich in der Zahl der Neutronen, die darüber hinaus im Kern vorhanden sind. Wird ein besonders instabiler Uran-Atomkern mit einem weiteren Neutron beschossen, so zerfällt er unter Freisetzung besagter Energie. Des Weiteren sorgt der Kernzerfall dafür, dass Neutronen herausgeschleudert werden, die den Prozess an anderen Atomkernen nach dem Schneeballprinzip wiederholen. Die Ursprünge dieser erzwungenen Kettenreaktion liegen in der Erforschung nuklearer Energiequellen für militärische Zwecke. Zwar wurde eine wirtschaftliche Nutzung schon früh diskutiert, doch erst ein Jahrzehnt nach der ersten Zündung einer Kernwaffe wurde ein solcher Reaktor in Betrieb genommen. Das Prinzip der Kernspaltung ist das bis heute führende Verfahren zur Umwandlung nuklearer Energie. Bei den Endprodukten handelt es sich um elektrische Energie und Prozesswärme, die für industrielle Verfahren benötigt wird. Allgemein liegt der Wirkungsgrad solcher Kraftwerke jedoch unter 50%, wodurch viel ungenutzte Wärme abgeführt werden muss. Da radioaktive Stoffe auch ohne zusätzliche Einwirkung zerfallen, kann die in diesem Fall eher geringe freigesetzte Energie prinzipiell ebenfalls verwendet werden, um kleinere Endgeräte zu betreiben. Satelliten, die zu weit von der Sonne weg sind, um ihre Energie über photovoltaische Zellen zu beziehen, können diese Methode für ihre Versorgung nutzen.
Die nukleare Energieumwandlung der Zukunft stellt hingegen die Kernfusion dar, deren Prinzip in der zuverlässigsten Energiequelle in unserem Planetensystem Anwendung findet: der Sonne. Anstatt Kerne zu spalten, werden hier zwei Komponenten zu einem neuen Element zusammengefügt. Der Vorteil ist hierbei, dass die Prozesse nicht an radioaktiven Stoffen vorgenommen, sondern die Kerne eines Wasserstoffatoms zu Helium zusammengesetzt werden. Die Eigenschaften und Aussichten dieses Verfahrens klingen fast utopisch: Nahezu unendlich verfügbare Rohstoffe und gewaltige Mengen “erzeugbarer” Energie zeichnen die Kernfusion aus. Ein industrieller Betrieb von entsprechenden Kraftwerken ist jedoch in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts unwahrscheinlich.
Kernkraftwerke werden in Deutschland besonders wegen der hohen gelieferten Energie verwendet. Zweifelsohne bieten regenerative Energiequellen eine Menge Vorteile, in vielen Fällen können sie den Bedarf jedoch noch nicht wirtschaftlich decken. Die Uranreserven der Welt laufen wie die fossilen Energieträger Erdöl und Erdgas Gefahr, noch innerhalb des nächsten Jahrhunderts vollkommen ausgeschöpft zu sein. Abfallprodukte entstehen in heutiger Zeit vor allem beim Abbau der radioaktiven Stoffe, die nicht mehr nutzbaren Brennstäbe aus den Kraftwerken machen nur einen vergleichweise kleinen Teil aus. In diesen Brennelementen liegen fast nur noch Spaltprodukte und wenige Uran-Atomkerne vor, sodass sie als Abfall endgelagert werden müssen. Dies ist auch die große Schwachstelle der Kernspaltung, denn heutzutage eingelagerter “Atommüll” stellt wegen seiner sehr langen Halbwertszeit ein Problem für die nächsten Jahrtausende dar.