为什么核电厂不排放温室气体？
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核电厂不燃烧那些释放温室气体这一副产品的燃料。裂变反应的副产品是放射性裂变产物，它们被封闭在燃料组件中，即使在事故中泄漏出来，也不会对温室气体有贡献。相反，在那些燃烧煤、石油或天然气等碳化物的发电厂中，碳在燃烧中会与氧结合产生二氧化碳。
为什么核燃料循环会排放温室气体？
虽然核电厂并不排放温室气体，但核燃料循环的其他部分会排放。从开采铀开始，那些自土壤中提取铀的采矿设备和运输矿石的卡车要消耗化石燃料。在研磨过程中，精选的铀矿石与开采出的其他矿石分离之后，通常用卡车把精选的铀矿石运输到化学转化厂。如果铀需要浓缩，则还要进一步运输到铀浓缩厂去。化学转化厂和浓缩厂可能要消耗大量的电力，这些电力是发电厂从化石能源中得到的。电力消耗的变动范围很大。例如，仍在运行的肯塔基州帕迪尤卡气体扩散浓缩厂，与现代的气体离心浓缩厂相比，其能量效率非常低，相对来说，它使用了较多的来自化石燃料的电力。帕迪尤卡气体扩散浓缩厂的所有者美国铀浓缩公司正在发展和试图商业化美国离心浓缩厂，如果成功，那将是世界上能效最高的浓缩厂。因此，使用能效更高的浓缩方法将进一步减少在核燃料循环中所占比例已经较小的温室气体排放。在开采铀矿和运输核燃料的过程中，使用不以化石燃料驱动的设备，以及使用替代能源的车辆，将进一步减少这些排放。
为了防止燃煤和燃气发电厂排放更多温室气体，核电厂能做些什么？
到2009年末，世界上商业核反应堆的联合发电量约为370吉瓦。这些反应堆所产生的实际电能约为2600太瓦·时。这约占全球所用电力的15%。如果用燃煤发电厂来代替这些反应堆，将要在这些厂已经排放的二氧化碳的基础上，再加上额外的40亿吨二氧化碳。2009年，燃煤发电厂的发电量占全球发电量的41%。如果用燃气发电厂来代替全球的核电厂，将额外增加近20亿吨二氧化碳排放量，约为燃煤发电厂的一半。
为了进一步减少温室气体的排放，需要多少额外的核电厂？
“楔形”模型能够帮助我们理解，为了进一步显著减少温室气体的排放，将需要多少额外的核电厂。这个模型是普林斯顿大学的斯蒂芬·帕卡拉(Stephen Pacala)和罗伯特·索科洛(Robert Socolow)于2004年在《科学》杂志上发表的一篇文章里提出来的。在这一开创性的研究中，作者们对15种不同的能源技术和实践能够对减少温室气体排放做出什么贡献进行了计算。他们不是简单地考虑减少排放，而是设立一个目标：到21世纪中期，把年排放量控制在2004年的水平上。在2004年，全球的人类活动释放了70亿吨碳。如果在以往实践的基础上预测未来的排放情况，帕卡拉和索科洛预言：到2054年，即起始年份的50年以后，碳的年排放量至少要翻一番，达到140亿吨碳。在此时间段内，无法通过单独使用某种技术来避免这些排放。为了使这个问题更易于处理，帕卡拉和索科洛用了一种分而治之的技术，这当然仍是一种挑战。他们把这50年的排放量分割成7个片，或用他们的术语说，7个“楔”。每一个楔代表碳的年排放量增加10亿吨。
完全填满任何一个楔都需要大量投资。没有一个楔是容易填满的。例如，要填满提高车辆效率的那个楔，就要将20亿辆车的燃油效率从30英里/加仑提高到60英里/加仑。为了完成这个目标，从2010年到2054年，每年必须生产4400万辆高燃油效率的车辆，用于替代低燃油效率的车辆。相比之下，2009年全世界生产的车辆约为5200万辆。因此，挑战是明确而艰巨的；实际上，每一辆制造出来的车必须达到非常高的燃油效率标准。另一个楔涉及捕集与储存燃煤发电厂发电800吉瓦或燃气发电厂发电1600吉瓦所排放的二氧化碳。(1吉瓦等于1000兆瓦，足以供给美国大约100万个家庭所用的电力。)这个楔的容量约等于1000座大型燃煤发电厂或2000座大型燃气发电厂的排放量。但是要对这些厂大规模使用碳封存技术，似乎是几十年后的事。如果要用生物质燃料替代足够多的化石燃料来填满一个楔，则全世界必须增加约100倍于目前巴西乙醇产量的燃料产量，或者大约全球1/6的耕地。
考虑核电厂在填满一个楔中的作用，帕卡拉和索科洛计算出大约需要另外700吉瓦的核电装机容量，大约是目前核电装机容量的2倍。700吉瓦意味着需要700座装机容量1000兆瓦的大型核反应堆。许多新一代反应堆的装机容量可以高达1600兆瓦，不管怎么说，700座反应堆是一个估计值。除了这些反应堆外，几乎现有的约370座反应堆到21世纪中期都必须更新。结论是，要填满这个楔，将需要1000座平均容量为1000兆瓦的反应堆。建设速度是：从2010年到2054年，大约每个月要有2座新的大型反应堆连接到电网上去。当然，必须建造少数装机容量更大的反应堆。装机容量最大的反应堆是1600兆瓦的欧洲型压水堆。如果只建造这样的反应堆，那么与电网的连接速率必须是每三周一次，才能将温室气体排放量降低到正常预测值的1/7。
核电厂的建设速度是否达到了大幅度降低温室气体排放量的水平？
按照基石中心(Keystone Center)2007年的报告，20世纪80年代是核电发展最快的10年。大约平均每年增加20吉瓦容量。这等于每两个半星期有1座1000兆瓦电力的反应堆接入电网——接近于为了进一步显著减少二氧化碳排放而必须有的建造速度。但是，这样的建造速度必须延续几十年。值得注意的是，在20世纪90年代建造速度明显下降，只相当于部署了44座大型反应堆。