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원자핵공학의 주요관심사는 원자로 체계의 개발·고안·건설·작동·유지, 핵연료의 생산·재처리, 원자로에서 생기는 방사성 폐기물의 안전한 취급·처리 등이다. 효율적인 전기 에너지로 전환될 수 있을 정도의 핵 에너지 방출이 유지되도록 고온 플라스마 상태에서 열핵반응 속도를 조절할 수 있는 핵융합로(核融合爐)에 대한 연구와 개발도 원자핵공학에 포함된다.

원자핵공학은 최초의 원자폭탄을 만들어낸 핵무기 계획에서 얻어진 새로운 지식을 평화적으로 이용하기 위해 발전한 계획으로, 제2차 세계대전 이후 독립된 분야로 나타났다. 이 계획에 참여했던 공학자들과 물리학자들은 미국 원자력위원회의 일원이 되었으며, 그 실험실에서 원자로 실험을 시작했다. 해군장성 하이만 리코버는 미국 해군 내에서 핵추진 잠수함 개발을 목표로 하는 원자로 개발계획을 세웠다. 이것은 경수로(輕水爐) 제작을 촉진시킴으로써 상업용 원자로 개발에 지대한 영향을 끼쳤다. 이 계획의 결과로 1958년 핵잠수함 노틸러스호가 북극 빙관(氷冠) 밑으로 역사적인 항해를 했고, 미국 펜실베이니아의 쉬핑 항에 미국 최초로 실제 규모의 실험용 원자로가 개발되었다(1956~57).

원자핵공학을 뒷받침하고 있는 학문적 기초는 물리학, 특히 핵물리학이며, 공학적 지식 역시 필수적이다. 원자핵 공학자들은 정부·공공시설·대학 등 어느 곳에서 일하더라도 원자로 기술의 모든 작업에서 꼭 필요한 사람들이다. 원자핵공학의 중요성은 꾸준히 증가하고 있다. 많은 나라가 20세기 후반경에는 수백 개의 원자로를 가동 또는 건설중이거나 최종 계획단계에 있는 핵 에너지 계획을 가지고 있다. 프랑스와 같은 몇몇 나라에서는 그들의 전력 수요량의 절반 이상이 핵분열 원자로에서 생산된다고 알려져 있다.→ 원자로