La fission et la fusion sont différents types de réactions nucléaires dans lesquelles de l’énergie est libérée par les liaisons à haute puissance entre les particules du noyau atomique. Le noyau atomique est le plus stable lorsque les énergies de liaison entre les particules sont les plus fortes. Cela se produit avec le fer et le nickel. Pour les noyaux atomiques plus légers, l’énergie peut être extraite en combinant ces noyaux ensemble, un processus connu sous le nom de fusion nucléaire. Pour les noyaux plus lourds que ceux du fer ou du nickel, l’énergie peut être extraite en les séparant dans un processus appelé fission nucléaire.
Parce que la force de liaison dans le noyau atomique contient une énergie énorme, les réactions nucléaires peuvent fournir des tonnes d’énergie, en principe. Cependant, des considérations pratiques rendent l’exploitation de l’énergie nucléaire plus difficile que quelque chose d’aussi simple qu’un incendie. Pour la fission, des matières premières hautement purifiées, généralement des isotopes d’uranium ou de plutonium, doivent être utilisées. Les isotopes sont favorisés car leur instabilité les rend plus faciles à briser. La purification de ces isotopes est extrêmement coûteuse et nécessite des centrifugeuses de plusieurs millions de dollars.
En fusion, un seuil d’énergie extrêmement élevé doit être atteint pour combiner les noyaux atomiques, et la température requise se chiffre en millions de degrés. Dans la nature, le seul endroit où cela se produit est au cœur d’une étoile. Le plasma surchauffé et la focalisation de la puissance laser sont deux méthodes pour atteindre ce seuil d’énergie. Parce que la matière qui sert de milieu de fusion doit être si chaude, elle doit être isolée de la matière environnante à l’aide de puissants champs magnétiques ou d’un confinement inertiel, qui est le principe du réacteur Tokamak. Pourtant, la fusion nécessite tellement d’énergie que personne n’a encore construit un réacteur qui produit plus qu’il n’en consomme.
Les inconvénients de l’énergie de fission comprennent à la fois les sous-produits radioactifs et son association avec les armes nucléaires et les fusions. Au cours de la dernière décennie environ, les physiciens nucléaires ont développé des moyens plus sûrs de construire des réacteurs, y compris des méthodes de recyclage des sous-produits radioactifs. Ces avancées ont amené le gouvernement américain à recommencer à préconiser la construction de réacteurs nucléaires.