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核能简介

核能（或称原子能）是通过核反应从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的质能方程E=mc² ，其中E=能量，m=质量，c=光速。核能可通过三种核反应之一释放：

1、核裂变，较重的原子核分裂释放结合能。

2、核聚变，较轻的原子核聚合在一起释放结合能。

3、核衰变，原子核自发衰变过程中释放能量。

发展简史

核能（nuclear energy）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，他们为核能的发现和应用奠定了基础。可一直追溯到19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子开始，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。

1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。

1898年居里夫人与居里先生发现放射性元素钋。

1902年居里夫人经过三年又九个月的艰苦努力又发现了放射性元素镭。

1905年爱因斯坦提出质能转换公式。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反应堆。

核裂变示意图（来源：機電工程署）

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商用核电站——奥布灵斯克核电站。

从此人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开核能应用研究。

海洋核能

核能是人类最具希望的未来能源之一。人们开发核能的途径有两条：一是重元素的裂变，如铀的裂变；二是轻元素的聚变，如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术，己得到实际性的应用；而轻元素聚变技术，也正在积极研究之中。可不论是重元素铀，还是轻元素氘、氚，在海洋中都有相当巨大的储藏量。

铀是目前最重要的核燃料，1千克铀可供利用的能量相当于燃烧2500吨优质煤。然而陆地上铀的储藏量并不丰富，且分布极不均匀。只有少数国家拥有有限的铀矿，全世界较适于开采的只有100万吨左右，即使加上低品位铀矿及其副产铀化物，总量也不超过500万吨，按消耗量，只够开采几十年。而在巨大的海水水体中，却含有丰富的铀矿资源。据估计，海水中溶解的铀的数量可达45亿吨，相当于陆地总储量的几千倍。如果能将海水中的铀全部提取出来，所含的裂变能可保证人类几万年的能源需要。不过，海水中含铀的浓度很低，1000吨海水只含有3克铀。只有先把铀从海水中提取出来，才能应用。而要从海水中提取铀，从技术上讲是件十分困难的事情，需要处理大量海水，技术工艺十分复杂。但是，人们已经试验了很多种海水提铀的办法，如吸附法、共沉法、气泡分离法以及藻类生物浓缩法等。

60年代起，日本、英国、联邦德国等先后着手研究从海水中提取铀，并且逐渐建立了从海水中提取铀的多种方法。其中，以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附方法的研究进展最快。评估海水提铀可行性的依据之一是一种采用高分子粘合剂和水合氧化钻制成的复合型钛吸附剂。海水提铀已从基础研究转向开发应用研究的阶段。日本已建成年产10千克铀的中试工厂，一些沿海国家也计划建造百吨级甚至千吨级工业规模的海水提铀厂。

氘和氚都是氢的同位素。它们的原子核可以在一定的条件下，互相碰撞聚合成较重的原子核 --氦核，同时释放巨大的核能。一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时，只放出4电子伏特的能量，而氘-氚反应时能放出1780万电子伏特的能量。据计算，1公斤氢燃料，至少可以抵得上4公斤铀燃料或1万吨优质煤燃料。

每升海水中含有 0.03克氘。这0.03克氘聚变时释放出采的能量相当于300升汽油燃烧的能量。海水的总体积为13.7亿立方公里，共含有几亿亿公斤的氘。这些氘的聚变所释放出的能量，足以保证人类上百亿年的能源消耗。而且氘的提取方法简便，成本较低，核聚变堆的运行也是十分安全的。因此，以海水中的氘、氚的核聚变能解决人类未来的能源需要'将展示出最好的前景。

氘 -氚的核聚变反应，需要在上千万度乃至上亿度的高温条件下进行。这样的反应，已经在氢弹上得以实现。用于生产目的的受控热核聚变在技术上还有许多难题。但是，随着科学技术的进步，这些难题正在逐步解决的。

1991年11月9日，由14个欧洲国家合资，在欧洲联合环型核裂变装置上，成功地进行了首次氘-氚受控核聚变试验，发出了1．8兆瓦电力的聚变能量，持续时间为2秒，温度高达3亿度，比太阳内部的温度还高20倍。核聚变比核裂变产生的能量效应要高600倍，比煤高1000万倍。因此，科学家们认为，氘-氚受控核聚变的试验成功，是人类开发新能源的一个里程碑。在下个世纪，核聚变技术和海洋氘、氚提取技术将会有重大突破。这两项技术的发展和不断的成熟，将对人类社会的进步产生重大的影响。

另外，“能源金属”锂是用于制造氢弹的重要原料。海洋中每升海水含锂15～20毫克，海水中锂总储量约为2．5×10¹¹吨。随着受控核聚变技术的发展，同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将和平服务于人类。锂还是理想的电池原料，含锂的铝镍合金在航天工业中占有重要位置。此外，锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域的应用也有较大发展。因此，全世界对锂的需求量正以每年7%～11%速度增加。主要是采用蒸发结晶法、沉淀法、溶剂萃取法及离子交换法从卤水中提取锂。

重水也是原子能反应堆的减速剂和传热介质，也是制造氢弹的原料，海水中含有 2×10¹⁴ 吨重水，如果人类一直致力的受控热核聚变的研究得以解决，从海水中大规模提取重水一旦实现，海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。

月球核能

早在20世纪60年代末和70年代初，美国阿波罗飞船登月时，6次带回368.194千克的月球岩石和尘埃。科学家将月球尘埃加热到3000华氏度时，发现有氦等物质。经进一步分析鉴定，月球上存在大量的氦-3。科学家在进行了大量研究后认为，采用氦-3的聚变来发电，会更加安全。

有关专家认为，氦-3在地球上特别少，但是月球上很多，光是氦-3就可以为地球开发1万-5万年用的核电。地球上的氦-3总量仅有10-15吨，可谓奇缺。但是，科学家在分析了从月球上带回来的月壤样品后估算，在上亿年的时间里，月球保存着大约5亿吨氦-3，如果供人类作为替代能源使用，足以使用上千年。

核资源

世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点，其一核燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍；1000克铀释放的能量相当于2700吨标准煤释放的能量；一座100万千瓦的大型烧煤电站，每年需原煤300～400万吨，运这些煤需要2760列火车，相当于每天8列火车，还要运走4000万吨灰渣。同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3%的低浓缩铀燃料28吨；每一磅铀的成本，约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0．001美元左右，这和的传统发电成本比较，便宜许多；而且，由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍半到两倍，不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少，如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之方便。其二是污染少。火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质，同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境。而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。其三是安全性强。从第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。虽然有1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，但这两次事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进，核电站有可能会变得更加安全。

国际原子能机构预测到2030年核动力至少占全部动力的25%。最大的增长可能达到100%。中国危机比任何国家都严重，到2020年70%到80%的石油要从国外进口，随着时间的推移，对石油天然气进口的依赖越来越大，而中国海军的实力，不足以保证中国海上石油运输的安全。而核能是解决能源危机的主要办法。

开发价值

核能有巨大威力。1公斤铀原子核全部裂变释放出来的能量，约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。一座100万千瓦的核电站，每年只需25吨至30吨低浓度铀核燃料，运送这些核燃料只需10辆卡车；而相同功率的煤电站，每年则需要300多万吨原煤，运输这些煤炭，要1000列火车。核聚变反应释放的能量则更巨大。据测算1公斤煤只能使一列火车开动8米；一公斤裂变原料可使一列火车开动4万公里；而1公斤聚变原料可以使一列火车行驶40万公里，相当于地球到月球的距离。

地球上蕴藏着数量可观的铀、钍等裂变资源，如果把它们的裂变能充分利用，可以满足人类上千年的能源需求。在大海里，还蕴藏着不少于20万亿吨核聚变资源——氢的同位元素氘，如果可控核聚变在21世纪前期变为现实，这些氘的聚变能将可顶几万亿亿吨煤，能满足人类百亿年的能源需求。更可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染。聚变能称得上是未来的理想能源。因此，人类已把解决资源问题的希望，寄托在核能这个能源世界未来的巨人身上了。

注：核能为不可再生能源！核能为清洁能源！

核能发电

核能发电的过程：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。 核能是通过转化其质量从原子核释放核能的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，

使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。要用反应堆产生核能,需要解决以下4个问题：

①为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。

②链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。

③裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。

④裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。

利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的铀235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。

核电站的心脏—反应堆（来源：许楠楠，核能的应用与发展前景展望）

举例而言，核四厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。

压水堆工作示意图（来源：许楠楠，核能的应用与发展前景展望）

核能优点

1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。

2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。

5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。

核能缺点

1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。

2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。

3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。

4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。

核能安全

当今，全世界几乎16%的电能是由441座核反应堆生产的，而其中有9个国家的40%多的能源生产来自核能。在这一领域，国际原子能机构作为隶属联合国大家庭的一个国际机构，对和平利用、开发原子能的活动积极加以扶持，并且为核安全和环保确立了相应的国际标准。

国际原子能机构的作用相当于一个在核领域进行科技合作的政府间中心论坛。作为一个协调中心，该机构的设立便于在核安全领域交换信息、制订方针和规范以及应有关政府之要求提供如何加强核反应堆安全和避免核事故风险的方法。国际原子能机构还在旨在确保核技术的运用以求可持续发展的国际努力中扮演重要作用。

随着各国的核能计划增多，公众日益关注核安全问题，国际原子能机构在核安全领域的职责也扩大了。为此，国际原子能机构制订了辐射防护基准标准，并就特定的业务类型颁布了有关条例和业务守则，其中包括安全运送放射性材料方面的条例和业务守则。 依据《核事故或辐射紧急援助公约》和《及早通报核事故公约》，一旦发生放射性事故，国际原子能机构会立即采取行动，确保向成员国提供紧急援助。

国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约包括：《核材料实物保护公约》，《维也纳核损害民事责任公约》，《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对核安全问题的第一个国际性的法律文书。

国际原子能机构就各成员国实施原子能计划提供援助和咨询意见，并且积极推动各国就科技信息进行交流。该机构还帮助各国政府在水、卫生、营养及药物和食品生产等领域和平利用原子能。这方面一个突出的例子是利用核辐射技术所开展的突变育种工作。通过这一工作，将近2000个新的优良作物品种业已开发成功。

当前，围绕能源选择的问题争论不休。这场争论的起因是国际社会试图控制二氧化碳向大气层的排放，因为二氧化碳进入大气层导致了全球升温。国际原子能机构强调核能的种种好处，认为作为一种重要的能源来源，核能不存在温室气体和其他有毒气体排放的问题。

作为一个协调中心，该机构的设立便于在核安全领域交换信息、制订方针和规范以及应有关政府之要求提供如何加强核反应堆安全和避免核事故风险的方法。国际原子能机构还在旨在确保核技术的运用以求可持续发展的国际努力中扮演重要作用。

随着各国的核能计划增多，公众日益关注核安全问题，国际原子能机构在核安全领域的职责也扩大了。为此，国际原子能机构制订了辐射防护基准标准，并就特定的业务类型颁布了有关条例和业务守则，其中包括安全运送放射性材料方面的条例和业务守则。依据《核事故或辐射紧急援助公约》和《及早通报核事故公约》，一旦发生放射性事故，国际原子能机构会立即采取行动，确保向成员国提供紧急援助。

国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约包括：《核材料实物保护公约》，《维也纳核损害民事责任公约》，《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对核安全问题的第一个国际性的法律文书。

国际原子能机构就各成员国实施原子能计划提供援助和咨询意见，并且积极推动各国就科技信息进行交流。该机构还帮助各国政府在水、卫生、营养及药物和食品生产等领域和平利用原子能。这方面一个突出的例子是利用核辐射技术所开展的突变育种工作。通过这一工作，将近2000个新的优良作物品种业已开发成功。

通过其设在维也纳的国际核信息系统，国际原子能机构对几乎所有核科学和技术方面的信息进行收集和传播。国际原子能机构还与联合国教育、科学及文化组织合作，在意大利东北部城市的里雅斯特设立了国际理论物理中心。该中心拥有三个实验室，开展原子能基础应用方面的研究。国际原子能机构还与联合国粮农组织合作，开展原子能应用于粮食和农业生产领域的研究。该机构还与世界卫生组织合作，开展核辐射应用于医药和生物学领域的研究。此外，国际原子能机构在摩纳哥还设有海洋环境实验室。该实验室得到了联合国环境规划署和教育、科学及文化组织的协助，共同对全球海洋环境污染的情况进行研究。

实验室，开展原子能基础应用方面的研究。国际原子能机构还与联合国粮农组织合作，开展原子能应用于粮食和农业生产领域的研究。该机构还与世界卫生组织合作，开展核辐射应用于医药和生物学领域的研究。此外，国际原子能机构在摩纳哥还设有海洋环境实验室。该实验室得到了联合国环境规划署和教育、科学及文化组织的协助，共同对全球海洋环境污染的情况进行研究

参考网址：

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百度百科：

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整理：龚盛都