thumb|Percentage nucleaire energie per land thumb|Locaties van kerncentrales thumb|Kernenergie heeft de potentie om de CO2-uitstoot van een land substantieel te laten dalen, zoals deze grafiek van Frankrijk weergeeft. Kernenergie, nucleaire energie of atoomenergie is energie die is opgewekt door middel van kernreacties. Wanneer atoomkernen van bepaalde chemische elementen door kernsplijting worden omgezet in meerdere lichtere kernen, door kernfusie met elkaar versmelten tot zwaardere kernen of door radioactief verval uiteenvallen, komt er energie vrij in de vorm van warmte en ioniserende straling.
In kerncentrales wordt kernenergie uit kernsplijting gebruikt voor het produceren van elektriciteit. Op 1 januari 2021 waren er wereldwijd 442 kernreactoren operationeel in kerncentrales. Ze produceren samen 10% van de elektriciteit in de wereld. Bij kernsplijting ontstaat als bijproduct radioactief afval, bestaande uit laag/middel- en hoogradioactief afval. Het afval blijft deels honderdduizenden tot miljoenen jaren hoog-radioactief.
Een voorbeeld van kernenergie uit kernfusie is de warmtestraling die in sterren, zoals de Zon, wordt opgewekt. Er is al veel onderzoek gedaan naar de toepassing van kernfusie in kerncentrales, ook wel fusie-energie genoemd, maar er is nog geen zicht op de technische en economische haalbaarheid daarvan.
Kernsplijting of kernfusie kan worden toegepast in kernwapens. Potentieel kan radioactief materiaal ook worden verwerkt in een vuile bom, die zijn werking ontleent aan radioactief verval van het materiaal.
Radioactief verval wordt ook ingezet voor medische toepassingen in de vorm van medische isotopen, waaronder bij de behandeling van kanker. In Nederland wordt in het reactorcentrum Petten een derde van alle medische isotopen in de wereld geproduceerd.
Sinds de jaren 1970 is er wereldwijd veel weerstand tegen kernenergie, met als voornaamste bezwaren het risico op kernrampen, nucleaire proliferatie en het ontstaan van kernafval, waarbij langdurige opslag niet als duurzame oplossing voor dit afval wordt beschouwd. Verdere bezwaren zijn de hoge bouwkosten en bouwtijd van een kerncentrale. De kernrampen van Tsjernobyl en Fukushima hebben verder aan de tegenstand bijgedragen. Na 2015 kwam er hernieuwde aandacht voor kernenergie in het kader van de discussie over de opwarming van de aarde als alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen. Dit met het argument dat deze energiebron bijdraagt aan het beperken van de opwarming vanwege het gebrek aan uitstoot van broeikasgassen bij de productie. Ook vergen kerncentrales weinig ruimte en weinig schaarse grondstoffen voor de bouw in vergelijking met windturbines en zonnepanelen, per opgewekte hoeveelheid energie. Uranium, dat meestal als bron van brandstof dient, is een veelvoorkomend element op Aarde, al zijn de voorraden net zoals die van fossiele brandstoffen uitputtelijk. De risico's van kernrampen, kernongevallen en kernafval worden door voorstanders kleiner geacht dan de risico's van veel huidige alternatieven voor energieproductie (o.a. klimaatverandering, luchtvervuiling, leveringszekerheid). Wereldwijd zijn in 2026 ongeveer 80 reactoren in aanbouw en nog eens circa 120 reactoren gepland. Het zwaartepunt ligt daarbij in Azië. China is veruit de belangrijkste groeimarkt en heeft meer dan de helft van alle reactoren in aanbouw. Ook India, Turkije, Bangladesh en Zuid-Korea bouwen nieuwe centrales.
Toepassingen Kerncentrales wekken zeer veel energie op. In de tweede helft van de twintigste eeuw meende men dat spoedig bijna alle energie kernenergie zou zijn, maar de discussie over de risico's heeft daar verandering in gebracht. Onderzeeërs werken vaak op kernenergie. Daardoor kan een onderzeeër lange tijd onder water blijven, terwijl een verbrandingsmotor lucht nodig heeft. Grote militaire schepen, zoals vliegdekschepen, hebben vaak een kerncentrale aan boord. Deze voorziet in de grote energiebehoefte van het schip. Bovendien is het niet vaak nodig brandstof bij te tanken, wat in tijd van oorlog een zwak punt zou zijn. Sommige ijsbrekers werken op een kerncentrale, ongeveer om dezelfde reden. Ook ruimtesondes kunnen op kernenergie werken. Een ruimtesonde kan zich ver van de zon bewegen, waar zonnepanelen te weinig energie leveren. Een batterij zou onbruikbaar zijn wegens de beperkte levensduur, want een ruimtemissie kan jaren duren. Een ruimtesonde heeft geen kerncentrale maar een geringe hoeveelheid hoogradioactief materiaal, bijvoorbeeld plutonium. Het radioactief verval daarvan levert voldoende energie.
Kernsplijting
thumb|Het hart van een onderzoeksreactor voor kernsplijting: splijt- en regelstaven in een waterbassin. De blauwe gloed ontstaat door het Tsjerenkov-effect. De atoomkernen met een massa overeenkomend met die van ijzer (ca. 56 nucleonen) zijn energetisch bezien van alle kernen in het periodiek systeem het stabielst. Bij zwaardere of lichtere kernen is het theoretisch mogelijk energiewinst te halen door het samenvoegen van lichte (kernfusie) of het splijten van zware kernen (kernsplijting). De nieuwe atoomkernen die hierbij ontstaan, zijn samen wat lichter dan de som van de uitgangselementen. De ontbrekende massa is omgezet in energie volgens de beroemde formule van Einstein,
waarin E = energie m = massa c² = de lichtsnelheid in vacuüm in het kwadraat
Omdat de term c2 zo groot is, komt er bij kernreacties zeer veel energie vrij, ook als maar een klein gedeelte (een tiende procent) van de massa in energie wordt omgezet. In de praktijk wordt vrijwel alleen gebruikgemaakt van de splijting van kernen van uranium- en plutonium-isotopen. Plutonium ontstaat vanzelf uit uranium tijdens de kernreacties in de reactorkern en wordt ook gedeeltelijk gespleten, waarbij natuurlijk ook energie vrijkomt. Gebruikte splijtstof kan voor circa 95% hergebruikt worden, men spreekt van opwerking. De overige procenten, en de materialen die als verpakking hebben gediend van de splijtingsmaterialen en die ook in meerdere of mindere mate radioactief zijn geworden, vormen samen het zogenoemde kernafval.
Wereldwijde toepassing thumb|250px|Kerncentrale Civaux van Électricité de France te Civaux in Frankrijk. Zichtbaar zijn een koeltoren en twee reactorkoepels.
De commerciële opwekking van elektriciteit door middel van kernenergie gebeurt in kerncentrales. De warmte van het kernsplijtingsproces wordt gebruikt om water te verhitten. Daarmee wordt stoom geproduceerd, die een turbine (soort schoepenrad) en vervolgens een generator aandrijft waarin elektriciteit wordt opgewekt. De productie van elektriciteit uit kernenergie was wereldwijd 2518 TWh in 2011, wat neerkomt op 13,5% van de totale productie van elektriciteit. Wereldwijd zijn er in 2020 circa 50 nieuwe kernreactoren in aanbouw in 15 landen.https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/plans-for-new-reactors-worldwide.aspx
Noord-Amerika Canada heeft 19 werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 15% van de elektriciteit van het land. Op een na staan alle 19 kernreactoren van het land in Ontario. Tien van die eenheden - zes in Bruce en vier in Darlington - zullen worden gerenoveerd. Het programma verlengt de operationele levensduur met 30-35 jaar. Dankzij vergelijkbare renovatiewerkzaamheden kon Ontario in 2014 steenkool geleidelijk afschaffen, waardoor een van de schoonste elektriciteitsmixen ter wereld werd bereikt.
Mexico heeft twee werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 4,5% van de elektriciteit van het land.
De Verenigde Staten hebben 94 werkende kernreactoren, met een gecombineerde nettocapaciteit van 96,6 GW. In 2019 produceerde kernenergie 20% van de elektriciteit van het land. Er waren vier AP1000-reactoren in aanbouw, maar twee daarvan zijn geannuleerd. Een van de redenen voor het feit dat er tot nu toe geen nieuwbouw in de VS is gebouwd, is de uiterst succesvolle evolutie in onderhoudsstrategieën. In de afgelopen 15 jaar heeft de verbeterde operationele prestatie het gebruik van Amerikaanse kerncentrales vergroot, waarbij de verhoogde output gelijk staat aan 19 nieuwe 1000 MWe-centrales die worden gebouwd. In 2016 werd de eerste nieuwe kernreactor in gebruik genomen in het land sinds 20 jaar. Desondanks is het aantal werkende reactoren de afgelopen jaren afgenomen, vanaf een piek van 104 in 2012. Vroegtijdige sluitingen zijn veroorzaakt door een combinatie van factoren, waaronder goedkoop aardgas, liberalisering van de markt, oversubsidie van hernieuwbare bronnen en politieke campagnes.
Zuid-Amerika Argentinië heeft drie reactoren. In 2019 wekte het land 6% van zijn elektriciteit op uit kernenergie. Brazilië heeft twee reactoren. In 2019 produceerde kernenergie 3% van de elektriciteit van het land.
West-Europa Kerncentrales in Nederland In Nederland zijn twee kerncentrales gebouwd voor energieopwekking: De kerncentrale Dodewaard in Dodewaard, in bedrijf genomen in 1969, stilgelegd in 1997. De kerncentrale Borssele in Borssele, in bedrijf genomen in 1973. Daarnaast zijn er in Delft en Petten nog twee kernreactoren in gebruik en zijn de onderzoeksreactoren in Arnhem, Eindhoven en Wageningen gesloten.
Kerncentrales in België thumb|250px|Zicht op de kerncentrale van Tihange vanaf Fort in Hoei In België zijn twee kerncentrales voor elektriciteitsproductie: Doel (4 reactoren) en Tihange (3 reactoren). Samen zorgden zij in 2013 voor 52,08% van de Belgische elektriciteit.
Het Studiecentrum voor Kernenergie SCK•CEN in Mol werd opgericht in 1952. Het SCK•CEN beschikt over een park van meerdere onderzoeksreactoren.
Kerncentrales in overig West-Europa Italië is in 1990 gestopt met kernenergie na een referendum.
Finland heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 35% van de elektriciteit van het land. Een vijfde reactor - een EPR van 1720 MWe - is in aanbouw en er zijn plannen om op een nieuwe locatie (Hanhikivi) een Russische VVER-1200-eenheid te bouwen.
Frankrijk heeft 58 reactoren, verdeeld over 19 elektriciteitscentrales. Samen zijn deze goed voor 416 TWh per jaar. Dat is 71% van de elektriciteitsproductie in Frankrijk (2019). In de kerncentrale Flamanville werd in 2024 een nieuwe EPR-reactor geopend.
In Duitsland vormde kernenergie in 2019 12,5% van de elektriciteitsproductie van het land. Als onderdeel van de Energiewende is Duitsland in 2023 gestopt met kernenergie.
Spanje heeft zeven werkende kernreactoren. In 2019 vormde kernenergie 21% van de elektriciteitsproductie van het land. Het land heeft een uitstap uit kernenergie gepland.
Zweden heeft zes werkende kernreactoren. In 2019 vormde kernenergie 34% van de elektriciteitsproductie van het land. Het land sluit enkele oudere reactoren, maar investeert in verlengingen en verbeteringen van de levensduur.
Zwitserland heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 vormde kernenergie 24% van de elektriciteitsproductie van het land. Het land heeft een uitstap uit kernenergie gepland.
Het Verenigd Koninkrijk heeft 15 werkende kernreactoren. In 2019 vormde kernenergie 16% van de elektriciteitsproductie van het land. De Britse overheid besloot in 2006 tot de vervanging van verouderde kernreactoren en de bouw van een nieuwe kerncentrale.
Centraal- en Oost-Europa Armenië heeft één kernreactor. In 2019 produceerde kernenergie 28% van de elektriciteit van het land. Bulgarije heeft twee werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 38% van de elektriciteit van het land. Hongarije heeft vier werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 49% van de elektriciteit van het land. Roemenië heeft twee werkende kernreactoren. In 2019 produceerde kernenergie 19% van de elektriciteit van het land.