La fissione e la fusione sono diversi tipi di reazioni nucleari in cui l’energia viene rilasciata dai legami ad alta potenza tra le particelle nel nucleo atomico. Il nucleo atomico è più stabile quando le energie di legame tra le particelle sono più forti. Ciò si verifica con ferro e nichel. Per i nuclei atomici più leggeri, l’energia può essere estratta combinando insieme questi nuclei, un processo noto come fusione nucleare. Per i nuclei più pesanti di quelli di ferro o nichel, l’energia può essere estratta scindendoli in un processo chiamato fissione nucleare.
Poiché la forza di legame nel nucleo atomico contiene un’enorme energia, le reazioni nucleari possono fornire tonnellate di energia, in linea di principio. Tuttavia, considerazioni pratiche rendono lo sfruttamento dell’energia nucleare più difficile di qualcosa di semplice come accendere un fuoco. Per la fissione devono essere utilizzate materie prime altamente purificate, solitamente isotopi di uranio o plutonio. Gli isotopi sono preferiti perché la loro instabilità li rende più facili da rompere. La purificazione di questi isotopi è estremamente costosa e richiede centrifughe multimilionarie.
Nella fusione si deve raggiungere un’energia di soglia estremamente alta per combinare i nuclei atomici e la temperatura richiesta è dell’ordine di milioni di gradi. In natura, l’unico luogo in cui ciò si verifica è nel nucleo di una stella. Il plasma surriscaldato e la focalizzazione della potenza del laser sono due metodi per raggiungere questa energia di soglia. Poiché la materia che funge da mezzo di fusione deve essere così calda, deve essere isolata dalla materia circostante utilizzando potenti campi magnetici o contenimento inerziale, che è il principio alla base del reattore Tokamak. Tuttavia, la fusione richiede così tanta energia che nessuno ha ancora costruito un reattore che produca più di quanto consuma.
Gli svantaggi dell’energia di fissione includono sia i sottoprodotti radioattivi che la sua associazione con armi nucleari e crolli. Nell’ultimo decennio circa, i fisici nucleari hanno sviluppato modi più sicuri per costruire reattori, compresi metodi per riciclare i sottoprodotti radioattivi. Questi progressi hanno indotto il governo degli Stati Uniti a ricominciare a sostenere la costruzione di reattori nucleari.