核工业领域涉及核能开发综合利用的一系列产业技术，主要包括铀矿开采到核燃料元件制造的前端步骤、核反应堆中的利用以及乏燃料处理的后端步骤。

前端步骤

铀矿开采：从地下矿床开采出铀矿石，这是获取核燃料的初始来源。常见的铀矿有沥青铀矿等，目前是主要的原料采集方式之一。

铀矿石加工：开采出的铀矿石需经过破碎、研磨等工序，制成铀精矿，然后进一步通过化学方法提炼出铀的化合物，如重铀酸铵等，最终得到铀的氧化物（主要是二氧化铀）。

铀浓缩：天然铀中可用于核反应堆发电的铀-235同位素含量较低（约0.7%），大部分是铀-238。通过铀浓缩工艺，如气体扩散法、气体离心法等，提高铀-235的丰度，使其达到核反应堆所需的浓度（一般轻水堆需3%-5%左右）。

燃料元件制造：将浓缩后的铀制成适合在核反应堆中使用的燃料元件，比如将二氧化铀粉末压制成燃料芯块，再装入锆合金等材料制成的包壳管中，组装成燃料棒，众多燃料棒构成燃料组件。

核反应堆中的利用

-制成的燃料组件被放入核反应堆中，在反应堆内，铀-235原子核在中子的轰击下发生裂变反应，产生大量的热能。通过冷却剂（如水、氦气等）将热能带出反应堆，用于产生蒸汽，推动汽轮机发电，实现核能到电能的转换。

后端步骤

-乏燃料后处理：在核反应堆中经过一段时间使用后，燃料组件成为乏燃料，其中仍含有大量未裂变的铀-235以及在裂变过程中产生的钚-239等可再利用的核素。通过后处理工艺，可以提取出这些有用核素，进行循环利用，减少天然铀的消耗。后处理方法包括水法后处理（如普雷克斯流程）、干法后处理等。

放射性废物处理与处置：核燃料循环过程中会产生各类放射性废物，根据其放射性水平和半衰期等特性进行分类处理。低、中水平放射性废物可通过固化、多重屏蔽处理、深埋等方式处理；高水平放射性废物（如高放废液）处理难度较大，目前主要采用玻璃固化等技术将其转化为稳定的固体形态，然后进行深地质处置，将其深埋于稳定的地质构造中，使其与人类生存环境长期隔离。

核能的利用除了核裂变还有核聚变。

核聚变是指两个轻原子核，比如氢的同位素氘和氚，在极高的温度和压力条件下，克服它们之间的电荷排斥力，使得它们能够靠近并合并成一个新的、更重的原子核的过程。

在这个过程中会发生质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程E=mc²（E表示能量，m表示质量变化量，c为光速），亏损的质量会转化为巨大的能量释放出来。

核聚变相比核裂变有诸多优势，例如：核聚变的燃料在地球上储量极为丰富，氘可从海水中大量提取，而氚可通过锂的同位素锂-6与中子反应生成；核聚变反应产生的放射性废物相对较少且半衰期短，对环境的长期影响更小；核聚变反应一旦失控，会因燃料耗尽而自动终止，安全性相对较高。若成功将有望为人类提供几乎无尽的清洁能源，为ai算力提供巨大的能源保障。