اورانیوم در سال 1789 توسط مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام پیچبلند (Pitchblende) کشف شد. این نام اشاره به سیاره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.

اورانیوم یکی از اصلی‌ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از ?? سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می‌کند.
دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از ?/? بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده‌است.
ویژگی‌های اورانیوم

اورانیوم سنگین‌ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصری است که در طبیعت یافت می‌شود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است.)
اورانیوم خالص حدود ‎??/? بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می‌شود.
اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد. حدود ‎??/? درصد از اورانیومی که در طبیعت یافت می‌شود ایزوتوپ ??? (U-???) است و حدود ‎?/? درصد ایزوتوپ ??? (U-???). دیگر ایزوتوپ‌های اورانیم بسیار نادر هستند.
در این میان ایزوتوپ ??? برای بدست آوردن انرژی از نوع ??? آن بسیار مهم‌تر است چرا که U-??? (با فراوانی تنها ‎?/? درصد) آمادگی آن را دارد که در شرایط خاص شکافته شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ «اورانیوم شکافتنی» (Fissil Uranium) هم گفته می‌شود و برای شکافت هسته‌ای استفاده می‌شود.
اورانیوم نیز همانند دیگر مواد پرتوزا دچار تباهی می‌شود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر می‌کنند.
U-??? باسرعت بسیار کمی تباه می‌شود و نیمه عمر آن در حدود ‎?،??? میلون سال (تقریبآ برابر عمر زمین) است.
این موضوع به این معنی است که با تباه شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی برابر ‎?/? وات برای هر یک تن اورانیوم تولید می‌شود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.
شکاف هسته‌ای اورانیوم
U-??? قابلیت شکاف هسته‌ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای ?? پروتون و ??? نوترون است (بنابراین جمعآ ??? ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-??? نامیده می‌شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.
این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می‌گیرد، در این حالت یک اتم U-??? به دو اتم دیگر تقسیم می‌شود و دو، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده خود با اتم‌های دیگر U-??? ترکیب می‌شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره‌ای از تقسیم اتم‌های U-??? تشکیل می‌شود.
اتم U-??? با دریافت یک نوترون به اورانیوم ??? تبدیل می‌شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می‌شود بگونه‌ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-??? بسیار قابل توجه می‌شود.
نمونه‌ای از این واکنش‌ها به اینصورت است:

U-??? + n Ba-??? + Kr-?? + ?n + ‎??? Million electron Volts‎
U-??? + n Te-??? + Zr-?? + ?n + ??? Million electron Volts

که در آن: electron Volt = ????? x ??-?? joules
(یک ژول انرژی برابر توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه‌است.)
مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته‌ای انجام گیرد. رآکتور هسته‌ای می‌تواند از انرژی آزاد شده برای گرم کردن آب استفاده کند تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین‌های بخار و تولید برق استفاده شود. چرخه سوخت هسته‌ای به مراحل اکتشاف و استخراج و غنی‌سازی و کاربرد و دفع و بازیافت سوخت هسته‌ای گفته می‌شود.
•
اکتشاف
منابع سوخت هسته‌ای در بسیاری از مناطق جهان وجود دارد. کار اکتشاف با هدف کشف منابعی که استخراج آن صرفه اقتصادی داشته باشد انجام می‌گیرد.
استخراج
کانسنگ‌های مواد مناسب سوخت اتمی مانند اورانیوم به روش‌های متداول استخراج معادن استخراج می‌شود.
غنی سازی
برای افزایش درصد ایزوتوپ‌های مفید در سوخت هسته‌ای، مراحلی برای تغلیظ و غنی‌سازی انجام می‌گیرد.
تهیه سوخت
مواد غنی شده به صورت مناسب برای کار در رآکتور هسته‌ای تغییر شکل می‌یابد.
کاربرد
سوخت در رآکتور هسته‌ای بکار گرفته می‌شود و انرژی تولید می‌کند.
دفع
سوخت بکار رفته از رآکتور خارج می‌شود و در محوطه‌های ویژه دفن می‌شود، یا برای بازیافت به تأسیسات بازیافت فرستاده می‌شود.
بازیافت
بعضی از انواع سوخت مصرف شده بازیافت پذیر است و این کار در تأسیسات ویژه انجام می‌گیرد و مواد حاصل از آن دوباره به عنوان سوخت بکار می‌رود.


مکانیک کوانتومی شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که در مقیاس اتمی و زیراتمی به جای مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس کلاسیک به کار می‌رود. مکانیک کوانتومی بنیادی‌تر از مکانیک نیوتنی و الکترومغناطیس کلاسیک است، زیرا در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی که این نظریه‌ها با شکست مواجه می‌شوند، می‌تواند با دقت زیادی بسیاری از پدیده‌ها را توصیف کند. مکانیک کوانتومی به همراه نسبیت عام پایه‌های فیزیک جدید را تشکیل می‌دهند.

آشنایی
واژه? کوانتوم (به معنی «بسته» یا «دانه») در مکانیک کوانتومی از اینجا می‌آید که این نظریه به بعضی از کمیت‌های فیزیکی (مانند انرژی یک اتم در حال سکون) مقدارهای گسسته‌ای نسبت می‌دهد. بسیاری از شاخه‌های دیگر فیزیک و شیمی از مکانیک کوانتومی به عنوان چهارچوب خود استفاده می‌کنند؛ مانند فیزیک ماده چگال، فیزیک حالت جامد، فیزیک اتمی، فیزیک مولکولی، شیمی محاسباتی، شیمی کوانتومی، فیزیک ذرات بنیادی، و فیزیک هسته‌ای. پایه‌های مکانیک کوانتومی در نیمه? اول قرن بیستم به وسیله? ورنر هایزنبرگ، ماکس پلانک، لویی دوبروی، نیلس بور، اروین شرودینگر، ماکس بورن، جان فون نویمان، پاول دیراک، ولفگانگ پاولی و دیگران ساخته شد. بعضی از جنبه‌های بنیادی این نظریه هنوز هم در حال پیشرفت است.

توصیف مکانیک کوانتومی از رفتار سامانه‌های فیزیکی اهمیت زیادی دارد، زیرا در مقیاس اتمی نظریه‌های کلاسیک نمی‌توانند توصیف درستی ارائه دهند. مثلاً، اگر قرار بود مکانیک نیوتنی و الکترومغناطیس کلاسیک بر رفتار یک اتم حاکم باشند، الکترون‌ها به سرعت به سمت هسته اتم حرکت می‌کردند و به آن برمی‌خوردند. ولی در دنیای واقعی الکترون‌ها در نواحی خاصی دور اتم‌ها باقی می‌مانند.


در ساختار مکانیک کوانتومی، حالت هر سیستم در هر لحظه به وسیله? یک تابع موج مختلط توصیف می‌شود (که در مورد الکترون‌های یک اتم گاهی به آن اُربیتال می‌گویند). با این ابزار ریاضی می‌توان احتمال نتایج مختلف در آزمایش‌ها را پیش‌بینی کرد. مثلاً با آن می‌توان احتمال یافتن الکترون را در ناحیه? خاصی در اطراف هسته در یک زمان مشخص محاسبه کرد. بر خلاف مکانیک کلاسیک، نمی‌توان هم‌زمان کمیت‌های مزدوج را، مانند مکان و تکانه، با هر دقتی پیش‌بینی کرد. مثلاً می‌توان گفت که الکترون در ناحیه? مشخصی از فضا است، ولی مکان دقیق آن را نمی‌توان معلوم کرد. البته معنی این حرف این نیست که الکترون در تمام این ناحیه پخش شده‌است. الکترون در یک ناحیه از فضا یا هست و یا نیست. این ناتوانی در تعیین مکان الکترون را اصل عدم قطعیت هایزنبرگ به طور ریاضی بیان می‌کند.

پدیده? دیگری که منجر به پیدایش مکانیک کوانتومی شد، امواج الکترومغناطیسی مانند نور بودند. ماکس پلانک در سال ???? هنگام مطالعه بر روی تابش جسم سیاه کشف کرد که انرژی این امواج را می‌توان به شکل بسته‌های کوچکی در نظر گرفت. آلبرت اینشتین از این فکر بهره برد و نشان داد که امواجی مثل نور را می‌توان با ذره‌ای به نام فوتون که انرژی‌اش به بسامدش بستگی دارد توصیف کرد. این نظریه‌ها به دیدگاهی به نام دوگانگی موج-ذره بین ذرات زیراتمی و امواج الکترومغناطیسی منجر شد که در آن ذرات نه موج و نه ذره بودند، بلکه ویژگی‌های هر دو را از خود بروز می‌دادند. مکانیک کوانتومی علاوه بر این که دنیای ذرات بسیار ریز را توصیف می‌کند، برای توضیح برخی از پدیده‌های بزرگ‌مقیاس (ماکروسکوپیک) هم کاربرد دارد، مانند ابررسانایی و ابرشارگی.


مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک

اثرات و پدیده‌هایی که در مکانیک کوانتومی و نسبیت پیش‌بینی می‌شوند، فقط برای اجسام بسیار ریز یا در سرعت‌های بسیار بالا آشکار می‌شوند. تقربیاً همه? پدیده‌هایی که انسان در زندگی روزمره با آن‌ها سروکار دارد به طور کاملاً دقیقی توسط فیزیک نیونتی قابل پیش‌بینی است.

در مقادیر بسیار کم ماده، یا در انرژی‌های بسیار پایین، مکانیک کوانتومی اثرهایی را پیش‌بینی می‌کند که فیزیک کلاسیک از پیش‌بینی آن ناتوان است. ولی اگر مقدار ماده یا سطح انرژی را افزایش دهیم، به حدی می‌رسیم که می‌توانیم قوانین فیزیک کلاسیک را بدون این که خطای قابل ملاحظه‌ای مرتکب شده باشیم، برای توصیف پدیده‌ها به کار ببریم. به این «حد» که در آن قوانین فیزیک کلاسیک (که معمولاً ساده‌تر هستند) می‌توانند به جای مکانیک کوانتومی پدیده‌ها را به درستی توصیف کنند، حد کلاسیک گفته می‌شود.


کوشش برای نظریه? وحدت‌یافته
وقتی می‌خواهیم مکانیک کوانتومی را با نظریه? نسبیت عام (که توصیف‌گر فضا-زمان در حضور گرانش است) ترکیب کنیم، به ناسازگاری‌هایی برمی‌خوریم که این کار را ناممکن می‌کند. حل این ناسازگاری‌ها هدف بزرگ فیزیکدانان قرن بیستم و بیست‌ویکم است. فیزیکدانان بزرگی همچون استیون هاوکینگ در راه رسیدن به نظریه? وحدت‌یافته? نهایی تلاش می‌کنند؛ نظریه‌ای که نه تنها مدل‌های مختلف فیزیک زیراتمی را یکی کند، بلکه چهار نیروی بنیادی طبیعت -نیروی قوی، نیروی ضعیف، الکترومغناطیس و گرانش- را نیز به شکل جلوه‌های مختلفی از یک نیرو یا پدیده نشان دهد.


مکانیک کوانتومی و زیست شناسی
بتازگی تحقیقات چند موسسه در امریکا و هلند نشان داده است که بسیاری از فرایندهای زیستی از مکانیک کوانتومی بهره می برند. قبلا تصور می شد فتوسنتز گیاهان فرایندی بر پایه بیوشیمی است اما تحقیقات پروفسور فلمینگ و همکارانش در دانشگاه برکلی کالیفرنیا و دانشگاه سنت لوییس واشنگتن به کشف یک مرحله کلیدی از فرآیند فوتوسنتز منجر شده که بر مکانیک کوانتومی استوار است. همچنین پژوهشهای کریستوفر آلتمن، پژوهشگری از موسسه دانش نانوی کاولی در هلند، حاکی از آن است که نحوه کارکرد سلولهای عصبی خصوصا در مغز که تا مدتها فرایندی بر پایه فعالیتهای الکتریکی و بیوشیمی پنداشته می شد و محل بحث ساختارگرایان و متریالیتها و زیستشناسها بود، شامل سیستمهای کوانتومی بسیاری است. این پژوهشها نشان می دهد که سلول عصبی یک حلزون دریایی می تواند از نیروهای کوانتومی برای پردازش اطلاعات استفاده کند. در انسان نیز، فیزیک کوانتومی احتمالا در فرآیند تفکر دخیل است. غنی‌سازی اورانیوم عملی است که بواسطه آن در یک توده اورانیوم طبیعی مقدار ایزوتوپ ???U بیشتر شود و مقدار ایزوتوپ ???U کمتر. غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل چرخه سوخت هسته‌ای است.
اورانیوم طبیعی (که بشکل اکسید اورانیوم است) شامل ?/??? از ایزوتوپ ???U و ‎?/?‎? از ‎???U است. ایزوتوپ ???U اورانیوم قابل شکافت و مناسب برای بمب‌ها و نیروگاه‌های هسته‌ای است.
???U باقی‌مانده را اورانیوم ضعیف شده می‌نامند و نوعی زباله اتمی است. بخاطر سختی زیاد و آتشگیری و ویژگی‌های دیگر از آن در ساختن گلوله‌های ضد زره استفاده می‌کنند. اورانیوم ضعیف شده نیز همچنان پرتوزا است.
انواع اورانیوم
«اورانیوم با غنای پایین» که میزان ???U آن کمتر از ??? ولی بیشتر از ‎?/?‎? است. سوخت بیشتر نیروگاه‌های هسته‌ای بین ? تا ? درصد ???U است.
«اورانیوم با غنای بالا» که ???U در آن بیشتر از ??? و حتی در مواردی بیش از ??? است و مناسب برای کاربردهای نظامی وساخت بمب‌های هسته‌ای است.
روش‌های غنی‌سازی اورانیوم
• روش انتشار (پخش) حرارتی
• روش انتشار (پخش) گازها
• روش الکترومغناطیسی
• روش مرکزگریز گازی
• روش مرکزگریز گازی زیپه
• روش‌های لیزری
• روش شیمیایی
• روش پلاسمایی

واپاشی هسته‌ای (فروپاشی هسته‌ای) به مجموعه فرایندهای مختلفی گفته می‌شود که در هسته? اتم‌های ناپایدار پرتوزا رخ می‌دهد و منجر به تولید ذرات زیراتمی می‌شود. به این ذرات زیراتمی که از واپاشی تدریجی اتم‌های ناپایدار حاصل می‌شوند، پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. در اثر واپاشی هسته‌ای پس از یک زمان تصادفی (که نیمه عمر آن قابل تعیین است) هسته‌های بزرگ به هسته‌های کوچک‌تر و معمولاً پایدارتر تجزیه می‌شوند و ماده اولیه به تدریج از بین می‌رود (البته جرم مواد جدید تنها به میزان اندکی کمتر از ماده اولیه خواهد بود). این فرایند یک رویداد تصادفی است، یعنی نمی‌توان زمان واپشی یک اتم مشخص را در زمان پیش‌بینی کرد.
دسته بندی واپاشی‌های هسته‌ای
• دسته اول: واپاشی آلفا که یک هسته هلیم را بروز می‌دهد.
• دسته دوم: واپاشی بتا که یک الکترون و یک نوترون بروز می‌دهد.
• دسته سوم: واپاشی گاما که فوتون بروز می‌دهد.


ضایعات هسته‌ای

طریقه? پیش بینی شده برای ذخیره سازی ضایعات سطح بالا بمدت هزاران سال در کوه یاکا در ایالت نوادا.
ضایعات هسته ای (Nuclear waste) به‌عنوان پس مانده‌های آزمایشات تحقیقاتی در کشاورزی، در صنعت، پزشکی، و محصول فرعی فرایند تولید انرژی هسته‌ای همواره ناخواسته تولید می‌شوند.
•
تعاریف و دسته بندی
در ایالات متحده ضایعات هسته‌ای را بر حسب نوع محتویات، پتانسیل تولید حرارتی، و شدت پرتوزایی دسته بندی می‌کنند. این دسته بندی ضایعات هسته‌ای را به سه قسمت تقسیم می‌کند:
• LLW: ضایعات سطح پایین (Low Level Waste)
• TRU: ضایعات فرا اورانیومی (Transuranic Waste)
• HLW: ضایعات سطح بالا (Hi Level Waste) همانند Sr-??, Y-?? , و Cs-???
در این دسته بندی، نود درصد کل ضایعات هسته‌ای از نوع اول میباشند.
برای ضایعات دسته اول هسته‌ای، چال کردن کم عمق و یا ذخیره سازی کوتاه مدت راه حل در نظر گرفته شده? استاندارد میباشد. برای دو دسته? آخر, چال کردن عمیق ضایعات هسته‌ای راه حلیست که بسیاری از کار شناسان در نظر گرفته‌اند.
منابع اصلی ضایعات هسته‌ای

پروسه? شیشه سازی: یکی از راه حل‌های پیشنهادی برای ذخیره سازی ضایعات هسته‌ای، فرایندیست که مواد آلاینده پرتوزا ذوب و سپس جامد سازی شده و در محفظه‌های مخصوص ذخیره سازی می‌شود.
• آلایندگان طبیعی همانند پتاسیم-??
• ذغال سنگ (تجمع رادیوایزوتوپ ‌ها حاصل از سوخت ناقص)
• نفت و گاز (منجر به آزادسازی رادون)
• معادن (بخصوص در معادن فسفاتی)
• استفاده‌های پزشکی (بطور مثال Tc-??m)
• صنایع
• محصولات چرخه? سوختی
• بازپردازش سلاحهای هسته‌ای
روشهای پردازش و دفع ضایعات هسته‌ای
امروزه روشهای پردازش و دفع ضایعات هسته‌ای نوین عبارتند از:
• فشرده سازی (Compaction)
• پردازش شیمیایی (Chemical treatment)
• شیشه سازی (Vitrification)
• محفوظ سازی (Canning and sealing with concrete)
• ذخیره سازی (Storage)
در میان مواد باقی مانده در یک چرخه هسته‌ای اورانیوم مصرف شده از همه مهم‌تر است. یک راکتور هسته‌ای بزرگ هر سال در حدود سه متر مکعب (?? تا ?? تن) اورانیوم مصرف شده تولید می‌کند. این مواد مصرف شده از مقداری اورانیوم و همچنین مقداری پلوتونیوم و کوریوم تشکیل شده‌است و به طور کلی حدود ?? از آن از مواد باقی مانده از شکافت تشکیل شده. اکتینیدها (اورانیوم، پلونیوم، و کریوم) موجود در این ترکیب موجب به وجود آمدن تششعات بلند مدت و کوتاه مدت رادیواکتیویته می‌شوند.
سوخت مصرف شده دارای خاصیت رادیواکتیو بالایی است و برای حمل آنها باید تمام جوانب احتیاط را رعایت کرد. البته خاصیت رادیواکتیو این مواد در طول زمان کاهش می‌یابد. پس از ?? سال تششعات رادیواکتیو این مواد تا ??? کاهش می‌یابند ولی با این حال هنوز هم خطرناک هستند.
میل‌های سوخت مصرف شده به طور حفاظت شده در حوضچه‌های مخصوص (spent fuel pools) نگه داری می‌شوند. آب داخل حوضچه گذشته از خنک کردن اورانیوم از خروج تششعات رادیواکتیو جلوگیری می‌کند. پس از گذشت چند ده سال سوخت‌ها را که حالا از خاصیت تششع پراکنی آنها در حد قابل توجهی کم شده از حوضچه‌ها خارج کرده و به انبارهای خشک انتقال می‌دهند. در این انبارها سوخت‌ها را در داخل محفظه‌های فلزی یا بتنی نگه می‌دارند، در این مرحله نیز تششعات ایجاد شده توسط سوخت‌ها هنوز خطرناک است. مدت نگه‌داری سوخت‌ها در این مرحله بسته به نوع سوخت می‌تواند از چند سال تا دهها سال متغیر باشد، ولی به هر ترتیب سوخت‌ها باید آنقدر در این مرحله بمانند تا میزان تششعات آنها به حد استاندارد برسد.

مامورین پلیس راه کالیفرنیا در حال بررسی بسته بندی یک محموله? ضایعات هسته‌ای از نوع TRU. یکی از مامورین با یک پرتوسنج گایگر دیده می‌شود. مقصد نهایی محموله در نیو مکزیکو است.
تا سال ???? ایالات متحده آمریکا بیش از ????? تن از انواع سوخت‌های مصرف شده در راکتورهای خود را انبار کرده بود. یکی از پیشنهاداتی که درباره انبار کردن سوخت در ایالات متحده مطرح شده انبار کردن سوخت‌های مصرف شده در انبارهای زیرزمینی در کوه‌های یاکا در نوادا است. به عقیده آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا، پس از گذشت ????? سال سوخت‌های مصرف شده هسته‌ای دیگر هیچ تهدید زیست‌محیطی برای انسان‌ها و دیگر موجودات زنده نخواهند داشت.
البته راه‌هایی برای کاهش میزان زباله‌های هسته‌ای نیز وجود دارد، یکی از بهترین روش‌ها باز فرآوری سوخت هسته‌ای است. در واقع زباله‌های هسته‌ای حتی اگر اکتینیدهای آنها را جداکنیم، حداقل برای مدت ??? سال فعالیت رادیواکتیوی دارند البته مدت تششعات در صورتی که اکتینیدها وجود داشته باشند به هزاران سال می‌رسد. عده‌ای عقیده دارند بهترین راه‌حل ممکن در حال حاضر انباشتن زباله‌های هسته‌ای در انبارهاست چراکه احتمالاً در آینده با پیشرفت تکنولوژی راهی برای استفاده از این مواد پیدا خواهد شد به این ترتیب این مواد می‌توانند خیلی با ارزش‌تر از آن باشند که دفن شوند.
همچنین صنایع هسته‌ای حجمی از مواد کم تششع را نیز تولید می‌کنند. این مواد معمولاً در اثر سرایت مواد تششع‌زا به وجود می‌آیند که می‌توانند شامل لباس‌ها یا پوشش‌ها، ابزارآلات، تجهیزات پالاینده آب و دیگر موادی که به گونه‌ای با راکتور و مواد تششع‌زا ارتباط دارند، باشند. در ایالات متحده کمیسیون تنظیم فعالیت‌های هسته‌ای مکرراً اعلام کرده که این مواد می‌توانند جزیی از زباله‌های عادی باشند و در زباله‌دان‌ها با زباله‌های عادی دفع شوند و یا حتی بازیافت شوند. سطح تششع در بیشتر مواد کم تششع بسیار پایین است و تنها به دلیل استفاده شدن در فعالیت‌های هسته‌ای جزو زباله‌های هسته‌ای محسوب می‌شوند و نه برای سطح تششعشان. برای مثال براساس استاندارد NRC از نظر سطح تششع یک لیوان قهوه نیز به اندازه زباله‌های کم تششع تششع‌زاست.

ورودی یکی از منفذهای تعیین شده در کوه یاکا
در ایالات متحده آمریکا، پسماندهای هسته‌ای که از چرخه سوخت در نیروگاه هسته‌ای و یا تولید سلاح هسته‌ای تولید شده‌است، در استخرهای ویژه جهت ذخیره سازی موقت، و نیز در صحراهای‌های جنوب غرب ایالات متحده همانند لایه‌های عمیق نمکی در نیو مکزیکو دفن می‌شوند.
پروژه? بزرگ‌ترین محل دفن عمیق زباله‌های هسته‌ای سطح بالای جهان که در کوه یاکا در ایالت نوادا مدتها در حال ساخت بوده است، کماکان دچار مشکلات متعدد مدیریتی، قانونی، و دولتی میباشد.
در اروپا بیشتر زباله‌های هسته‌ای را در نیروگاه‌ها نگهداری می‌کنند. انگلستان و فرانسه نیز با ایجاد مراکز بازفرآوری مواد هسته‌ای، به دنبال استفاده مجدد از مواد هسته‌ای هستند.
در کشورهایی که دارای نیروگاه هسته‌ای هستند زباله‌های تششع‌زا کمتر از ?? از کل زباله‌های سمی تولیدی را تشکیل می‌دهند. همچنین بسیاری از زباله‌های سمی با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند و به هیچ وجه تجزیه پذیر نیستند. به طور کلی مواد تولیدی در اثر سوختن سوخت‌های فسیلی می‌توانند از زباله‌های تولید شده در یک نیروگاه هسته‌ای خطرناک‌تر باشند. برای مثال یک نیروگاه زغال سنگی می‌تواند آثار عمیقی برروی طبیعت بگذارد و حجم زیادی از مواد سمی و پرتوزا را تولید می‌کنند. برخلاف عقیده عموم حجم مواد پرتوزای منتشر شده توسط یک نیروگاه زغال سنگی از یک نیروگاه هسته‌ای بیشتر است.
زباله‌های تولید شده بر اثر همجوشی هسته‌ای با انبار شدن پس از صد سال دوباره قابل استفاده هستند، در مقابل زباله‌های تولیدی از شکافت هسته‌ای تا ????? می‌توانند آثار رادیواکتیوی داشته باشد

واکنشگاه هسته‌ای یا رآکتور اتمی دستگاهی برای انجام واکنشهای هسته‌ای بصورت تنظیم شده و تحت کنترل است. این دستگاه در اندازه‌های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همینطور پرتو-داروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی، و در اندازه‌های صنعتی برای تولید برق ساخته می‌شوند.
•
تاریخچه
اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر 1942 بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی ، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای ، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.

ساختمان راکتور
با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.
سوخت هسته‌ای
سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار می‌روند. 232Th ، 233U ، 235U ، 238U ، 239Pu . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترونهای حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است. در کنار قابلیت شکافت ، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی ، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد بطوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.
غلاف سوخت راکتور
سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت ، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.
مواد کند کننده نوترون
یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد.