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1、核能的发展与应用核能(原子能)包括核裂变能和核聚变能。通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特爱因斯坦的方程 E=mc （其中 E=能量，m=质量， c=光速常量）。核裂变是指由较重的（原子序数较大的）原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的（原子序数较小的）原子的一种核反应形式。重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，同时释放出数个中子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子，从而形成链式反应而自发分裂。核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应，是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式。两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发
2、生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。核能是人类历史上的一项伟大发现，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。包括：1905 年爱因斯坦提出质能转换公式。原子弹爆炸后的广岛 原子弹爆炸后的广岛：1914 年 英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子；1935 年 英国物理学家查得威克发现了中子；1938 年 德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象；1942 年 12 月 2 日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核
3、反应堆；1945 年 8 月 6日和 9 日 美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎；1954 年苏联建成了世界上第一座核电站-奥布灵斯克核电站。核裂变和核聚变都可以被利用来当武器，利用核裂变的原理可找出原子弹（利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间可以发出巨大能量的原理而发生爆炸的。铀-235 和钚-239 此类重原子核在中子的轰击后，通常会分裂变成两个中等质量的，同时再放出 2 到 3 个中子和 200 兆电子伏的能量。在裂变中放出的中子，一些在裂变系统中损耗了，而一些则继续进行重核裂变（继续轰击重原子核）反应。只要在每一次的核裂变中所裂变出的中子数平均多余一个（即中子的增值系数
4、大于 1），那么核裂变即可以继续进行，一次一次的反应后，裂变出的中子总数以指数形式增长，而产生的能量也随之剧增。最终，这个裂变系统会变为一个剧烈的链式裂变反应，系统可以在极短的时间内释放出大量的能量。当“下一代”中子数定位两个时，在不到一微秒的时间内，一千克的铀或钚中会有 2.51024 个原子核发生裂变反应，而就在这不到一微秒的时间内，此反应所产生出能量相当于 2 万吨 TNT 当量。） ;利用核聚变可造出氢弹（利用氢的同位素（氘、氚）的核融合反应所释放的能量来进行杀伤破坏。就其原理来说，它并不是“纯净”的核融合武器；确切的说，它应该叫“三相弹”，也称作“氢铀弹”。它的爆炸过程大致是：裂变聚
5、变裂变。它的核装料中，最外部是铀-238，里面包裹着一个氢弹。它的特点是，借助热核反应产生的大量中子轰击铀 -238，使铀-238 发生裂变反应。这种氢铀弹的威力非常大，放射性尘埃特别多，所以是一种“肮脏”的氢弹。 其具有了空前绝后的威力人类所制造破坏力最大的爆炸装置为苏联于 1961 年试爆的“沙皇氢弹”（代号“伊凡”），其原有设计拥有一亿吨 TNT 当量，但基于种种考虑，其实际制造当量约为 5000万吨。）因为核辐射问题和现在人类还只能控制核裂变，所以核能尚未得到所有国家、民众的认可，在大部分的国家暂时未有大规模的利用。利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料（例如铀-235）在受人为控制
6、的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的某些潜艇及航空母舰以核能为动力（主要是美国）。产生核电的工厂被称作核电站，将核能转化为电能的装置包括反应堆和汽轮发电机组。核能在反应堆中被转化为热能，热能将水变为蒸汽推动汽轮发电机组发电。世界上第一个为电网提供电力的核电站于 1954 年 6 月 27 日在苏联的欧伯宁斯克开始运行。全世界第一个投入商业运营的核反应堆是位于英格兰设菲尔德的 Calder Hall，它于 1956 年开始运行。到 2013 年 5 月 30 日，IAEA 统计的数据全
7、球共有正在使用的反应堆 436 座，总净电容量达372686MW，其中我国有 18 座 13860MW（包含台湾 6 座 5028MW）。核电站按照反应堆的形式不同，分为以下类型：A. 压水反应堆（PWR）这种反应堆完全以高压水来冷却并使中子减速（即使在温度极高时也是这样）。大部分正在运行的反应堆都属于这一类。尽管在三哩岛出事的反应堆就是这一种，一般仍认为这类反应堆最为安全可靠。这是一种热中子式核反应堆。中国大陆秦山核电站一期工程、大亚湾核电站和台湾核三厂的反应堆为此型。B. 沸水反应堆（BWR）这些反应堆也以轻水作为冷却剂和减速剂，但水压较前一种稍低。正因如此，在这种反应堆内部，水是可以沸腾
8、的，所以这种反应堆的热效率较高，结构也更简单，而且可能更安全。其缺点为，沸水会升高水压，因此这些带有放射性的水可能突然泄漏出来，。这种反应堆也占了现在运行的反应堆的一大部分。这是一种热中子式核反应堆。台湾核一厂和核二厂两座发电厂的反应堆为此型。C. 压重水式核反应堆（PHWR），这是由加拿大设计出来的一种反应堆，（也叫做CANDU），这种反应堆使用高压重水来进行冷却和减速。这种反应堆的核燃料不是装在单一压力舱中，而是装在几百个压力管道中。这种反应堆使用天然铀为核燃料，是一种热中子式核反应堆。这种反应堆可以在输出功率开到最大时添加核燃料，因此能高效利用核燃料（因为可作精确控制），并节省浓缩铀的成
9、本；只是重水很贵。大部分压重水式反应堆都位于加拿大，有一些出售到阿根廷、中国、印度（未加入防止核武器扩散条约）、巴基斯坦（未加入防止核武器扩散条约）、罗马尼亚和南韩。印度也在它的第一次核试爆后运行了一些压重水式核反应堆（一般被称为“CANDU 的变种 ”）。中国大陆秦山核电站三期工程的反应堆为此型。D.石墨轻水型核反应堆（RBMK ），这是一种苏联的设计，它在输出电力的同时还产生钚。这种反应堆用水来冷却并用石墨来减速。RBMK 型与压重水型在某些方面具有相同之处，即可以在运行中补充核燃料，并且使用的都是压力管。但是与压重水型不同的是，这种反应堆不稳定，并且体积太大，无法装置在外罩安全壳的建筑物
10、里，这点很危险。RBMK 型还有一些很重大的安全缺陷，尽管其中一些在切尔诺贝利核事故后被改正了。一般认为 RBMK 型是最危险的核反应堆型号之一。切尔诺贝利核电站拥有四台 RBMK 型反应堆。E.气冷式反应堆（GCR）和高级气冷式反应堆（ AGCR）这种反应堆使用石墨作为减速剂，并用二氧化碳作为冷却剂。其工作温度较压水式反应堆更高，因此热效率也更高。一部分正在运行的反应堆属于这一类，大部分位于英国。老式的核电站（也就是 Magnox 式）已经或即将关闭。但高级气冷式核反应堆还会继续运行 10 至 20 年。这是一种热中子式核反应堆。关闭这种核电站的费用很高，因其反应炉核心很大。F. 液态金属式
11、快速增殖核反应堆（LMFBR）这种反应堆使用液态金属作为冷却剂，而完全不用减速剂，并且在发电的同时生产出比消耗量更多的核燃料。这种反应堆在效率上很接近压水式反应堆，而且工作压力不需太高。法国的超级凤凰核电站和美国的费米-I 核电站用的都是这种反应堆。1995 年，日本的“文殊”实验反应炉发生液态钠泄漏，预计将会在 2008 年重新开始运行。这三个核电站都用到了液态钠。这是一种快速中子式反应堆而不是热中子式反应堆。液态金属式反应堆分为两种： 液态铅式反应堆这种反应堆使用液态铅来作为冷却剂，铅不但是隔绝辐射的绝佳材料，还能承受很高的工作温度。还有，在冷却过程中损失的中子较少，冷却剂也不会变成带放射
12、性。且铅是惰性元素，所以发生事故的机率也较小，但是，应用如此大量的铅就不得不考虑毒性问题，而且清理起来也很麻烦。这种反应堆经常用的是铅铋共熔合金。在这种情况下，铋会产生一些小的放射性问题，而且也比铅更容易变得带放射性。液态钠式反应堆大部分液态金属式反应堆都属于这一种。钠很容易获得，而且还能防止腐蚀。但是，钠遇水即剧烈爆炸，所以使用时一定要小心。虽然这样，处理钠爆炸并不比处理压水式核反应堆中超高温轻水的泄漏麻烦到哪里去。核能最为未来人类的替代能源之一，人类正不断地研究如何更好的利用核能，它的应用也得到了各国的重视，仅我国正在建设的就有 28 座。相信核能会从武器的应用转变为能源的利用，造福人类！
