شكافت هسته‌اي فرآيندي است كه در آن يك اتم سنگين مانند اورانيوم به دو اتم سبكتر تبديل مي‌شود. وقتي هسته‌اي با عدد اتمي زياد شكافته شود، بر پايه فرمول اينشتين، مقداري از جرم آن به انرژي تبديل مي‌شود. از اين انرژي در توليد برق (در نيروگاه هسته‌اي) يا تخريب (سلاح‌هاي هسته‌اي) استفاده مي‌شود. براي ايجاد شكافت هسته‌اي نياز به بمب باران نوتروني است يعني نوتروني را كه سرعت آن با سرعت نور برابري مي‌كند توسط آبهاي سنگين كاهش سرعت پيدا كنند تا بعد از ناپايدار شدن هسته اتم، اتم تجزيه شود.(در اورانيوم پس از تجزيه عناصر باريم و كريپتون و 2/5 عدد نوترون پس داده مي‌شود.)
شكافت‌هاي هسته‌اي اغلب با تحريك اتم با يك عامل بيروني انجام مي‌گيرد، مثلاً براي شكافتن اتم عناصر راديواكتيو معمولاً از نوترون استفاده مي‌شود يعني نوترون با سرعت خيلي زياد به هسته راديو اكتيو برخورد كرده و باعث واپاشي هسته و يا شكافت آن مي‌شود.
شكافت هسته به عنوان مبناي كاري بشر در استفاده از انرژي هسته‌اي چه در رآكتورها و چه در بمب اتم مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
رآكتور هسته‌اي
رآكتورها در اصل سيستم‌هايي هستند كه واكنش‌هاي هسته‌اي مثل شكافت هسته‌اي در آنها صورت مي‌گيرد و انرژي توليد شده در آنها تحت كنترل در مي‌آيد.
همه رآكتورهاي هسته‌اي از طريق شكافت هسته‌اي گرما توليد مي‌كنند، شكافت اورانيوم نوترونهاي زيادي آزاد مي‌كند، بيشتر از آنكه لازم باشد. اگر شرايط واكنش مساعد باشد فرآيند به طور خود به خودي انجام مي‌شود و يك زنجيره از شكافت‌هاي هسته‌اي به وجود مي‌آيد. نوترونهايي كه از فرآيند شكافت آزاد مي‌شوند، بسيار سريعند و هسته‌هاي ديگر نمي‌توانند آنها را به راحتي جذب كنند. از اين رو در اكثر رآكتورها قسمتي به نام كند كننده نوترون وجود دارد كه در آن از سرعت نوترونها كاسته مي‌شود و در نتيجه نوترونها به راحتي جذب مي‌شوند. چنين نوترونهايي آن قدر كند مي‌شوند تا با هسته راكتور به تعادل گرمايي برسند. نامگذاري اين نوترونها به نوترونهاي گرمايي يا نوترونهاي كند هم از همين رو است.
مقدار انرژي گرمايي در يك رآكتور پارامتر بحراني است و با كنترل آن مي‌توان رآكتور را در حالت عادي نگاه داشت. اين كار با تنظيم تعداد ميله‌هاي كنترل درون رآكتور صورت مي‌گيرد. ميله كنترل از مواد جذب كننده نوترون ساخته شده است و با افزايش يا كاهش جذب نوترون، مي‌توان گسترش واكنش زنجيره‌اي را كاهش يا افزايش داد، البته با استفاده از كند كننده‌هاي نوترون يا تغيير دادن نحوه قرارگيري ميله‌هاي سوخت هم مي‌توان انرژي خروجي رآكتور را كنترل كرد.
در يك نيروگاه هسته‌اي توليد برق از انرژي گرمايي توليد شده براي چرخاندن توربين و در نهايت توليد انرژي الكتريكي استفاده مي‌شود. در برخي رآكتورهاي نظامي و آزمايشي بيشتر از باريكه نوترون پر انرژي استفاده مي‌شود تا مواد ساده را به عناصر كم ياب و جديدي تبديل كنند.
هدف از رآكتور هر چه باشد، براي به دست آوردن اين محصولات لازم است يك واكنش هسته‌اي زنجيره‌اي به طور پيوسته ادامه يابد. براي ادامه يك واكنش زنجيره‌اي هم رآكتور بايد در حالت بحراني يا فوق بحراني قرار داشته باشد. كند كننده و وسيله كنترل در فراهم آوردن چنين شرايطي نقش بسيار مهمي برعهده دارند.
رآكتوري كه از كند كننده استفاده مي‌كند، رآكتور گرمايي يا رآكتور كند ناميده مي‌شود. اين رآكتورها با توجه به نوع كند كننده‌اي كه مورد استفاده قرار مي‌گيرند طبقه‌بندي مي شوند.
آب معمولي ( آب سبك )، آب سنگين و گرافيت، مواد رايج كند كننده هستند، البته گرافيت مشكلات فراواني را به وجود مي‌آورد و بسيار خطرآفرين است، مانند حادثه انفجار چرنوبيل يا آتش سوزي وانيدسكيل.
رآكتورهايي كه از كند كننده‌ها استفاده نمي‌كنند، رآكتورهاي سريع خوانده مي‌شوند. در اين نوع رآكتورها فشار ذرات نوترون بسيار بالا است و از اين رو مي‌توان برخي واكنش‌هاي هسته‌اي را در آنها انجام داد كه ترتيب دادن آنها در رآكتور كند بسيار مشكل است. شرايط خاصي كه در رآكتورهاي سريع وجود دارد، سبب مي‌شود بتوان هسته اتم توريوم و برخي ايزوتوپ‌هاي ديگر را به سوخت هسته‌اي قابل استفاد تبديل كرد. چنين رآكتوري مي‌تواند سوختي بيش از حد نياز خود را توليد كند و به همين دليل به آن رآكتور سوخت ساز هم گفته مي‌شود.
در همه رآكتورها، قلب رآكتور كه دماي بسيار زيادي دارد بايد خنك شود. در يك نيروگاه هسته‌اي، سيستم خنك ساز به نوعي طراحي مي‌شود كه از گرماي آزاد شده به بهترين شكل ممكن استفاده شود. در اغلب اين سيستمها از آب استفاده مي‌شود. اما آب نوعي كند كننده هم محسوب مي‌شود و از اين رو نمي‌تواند در رآكتورهاي سريع مورد استفاده قرار گيرد. در رآكتورهاي سريع از سديم مذاب يا نمك‌هاي سديم استفاده مي‌شود و دماي عملياتي خنك ساز بالاتر است. در رآكتورهايي كه براي تبديل مورد طراحي شده‌اند، به راحتي گرماي آزاد شده را در محيط آزاد مي كنند.
در يك نيروگاه هسته‌اي، رآكتور كند منبع آب را گرم مي‌كند و آن را به بخار تبديل مي‌كند. بخار آب توربين بخار را به حركت در مي‌آورد، توربين نيز ژنراتور را مي‌چرخاند و به اين ترتيب انرژي توليد مي‌شود. اين آب و بخار آن در تماس مستقيم با راكتور هسته‌اي است و از اين رو در معرض تابش‌هاي شديد راديواكتيو قرار مي‌گيرند. براي پيشگيري از هر گونه خطر مرتبط با اين آب راديواكتيو، در برخي رآكتورها بخار توليد شده را به يك مبدل حرارتي ثانويه وارد مي كنند و از آن به عنوان يك منبع گرمايي در چرخه دومي از آب و بخار استفاده مي‌كنند، بدين ترتيب آب و بخار راديواكتيو هيچ تماسي با توربين نخواهند داشت.
البته بايد يادآور شد كه دو گروه اصلي راكتورهاي هسته‌اي بر اساس تقسيم بندي كاربرد آنها، راكتورهاي قدرت و راكتورهاي تحقيقاتي هستند. راكتورهاي قدرت مولد برق بوده و راكتورهاي تحقيقاتي براي تحقيقات هسته‌اي پايه، مطالعات كاربردي تجزيه‌اي و توليد ايزوتوپها مورد استفاده قرار مي‌گيرند.