核能是20世紀(jì)人類的一項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)，并已取得了十分重要的成果。1938年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象；1942年12月2日，著名科學(xué)家費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)幾十位科學(xué)家，在美國芝加哥大學(xué)成功啟動(dòng)了世界上第一座核反應(yīng)堆，標(biāo)志著人類從此進(jìn)入了核能時(shí)代。在這以前人類利用的能源，只涉及到物理變化和化學(xué)變化，當(dāng)核能進(jìn)入人們的生產(chǎn)和生活后，一種通過原子核變化而產(chǎn)生的新能源從此誕生。
    第一座反應(yīng)堆首次啟動(dòng)時(shí)，功率僅為0.5瓦。60多年后的2008年，核電已占全世界總發(fā)電量的15％。據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2009年6月，全世界共有436臺(tái)核電機(jī)組在運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá)到372.5 GWe（千兆瓦），在建核電機(jī)組45座，裝機(jī)容量39.95 GWe。目前，核發(fā)電量占本國總發(fā)電量比例最高的國家是法國，2004年其核電發(fā)電量占到總發(fā)電量的78%。日本、德國、美國等國家也是核電大國，核電所占比例均在20%以上，而中國核電目前僅占到總發(fā)電量的1.3%。
    當(dāng)前，世界上的主要能源是煤、石油、天然氣這些化石燃料，化石燃料不是可再生能源，用掉一點(diǎn)兒就少一點(diǎn)兒。燃燒化石燃料向大氣排放大量的“溫室氣體”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮氧化物，并排放大量的煙塵，這些有害的物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。核能不產(chǎn)生這些有害物質(zhì)。1987年，曾任世界衛(wèi)生組織總干事的布倫特蘭領(lǐng)導(dǎo)的世界環(huán)境和發(fā)展委員會(huì)提出了“可持續(xù)發(fā)展”的概念，就是“既滿足當(dāng)代人的需求，又不危及后代人滿足其需求的發(fā)展”。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類迫切地需要新的替代能源。目前，惟一達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以大規(guī)模替代化石燃料的能源，就是核能。
    核能分為核裂變能和核聚變能兩種。核裂變能是通過一些重原子核發(fā)生“鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)”釋放出的能量；核聚變能則是由兩個(gè)輕原子核結(jié)合在一起形成更重的原子核時(shí)釋放出的能量。核聚變又叫“熱核反應(yīng)”。氫的同位素氘（重氫，質(zhì)量數(shù)為2）是主要的核聚變材料，其以重水的形式大量存在于海水中，氘同位素占總氫量的0.015%。1升海水中的氘通過核聚變釋放出的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒釋放出的能量。據(jù)推算，全世界海水中所含的氘通過核聚變釋放的聚變能，可供人類在很高的消費(fèi)水平下使用50億年，因此可認(rèn)為聚變能是一種不會(huì)枯竭的能源。
    然而，迄今為止成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用規(guī)模的核能只有核裂變能。由于達(dá)到核聚變的條件非?？量?，目前還沒有非常有效的手段實(shí)現(xiàn)可控核聚變，按照目前的研究進(jìn)度，人類大規(guī)模利用核聚變發(fā)電可能還需要等待幾十年的時(shí)間。
    核能問世的準(zhǔn)備時(shí)期，可以追溯到19世紀(jì)末至20世紀(jì)初。19世紀(jì)末，英國物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子；1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)了天然鈾的放射性；1898年，居里夫人又發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釙和鐳；1902年，她經(jīng)過4年的艱苦努力成功分離出毫克級(jí)的高純鐳；1905年，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E＝mc2（c為光速，E為能量，m為轉(zhuǎn)換成能量的質(zhì)量）。
    1914年，英國物理學(xué)家盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)，確定氫原子核是一個(gè)正電荷單元，稱為質(zhì)子。1932年，英國物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1938年，德國科學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。有些元素可以自發(fā)地放出射線，這些元素叫做放射性元素。放射性元素可以放出3種看不見的射線。一種是α射線，就是氦原子核。一種是β射線，就是高速電子。一種是γ射線，就是高能電磁波。其中γ射線的穿透能力最強(qiáng)。當(dāng)中子撞擊鈾原子核時(shí)，一個(gè)鈾核吸收了一個(gè)中子而分裂成兩個(gè)較輕的原子核，同時(shí)發(fā)生質(zhì)能轉(zhuǎn)換，放出很大的能量，并產(chǎn)生兩個(gè)或3個(gè)中子，這就是舉世聞名的核裂變反應(yīng)。
    在一定的條件下，新產(chǎn)生的中子會(huì)繼續(xù)引起更多的鈾原子核裂變，這樣一代代傳下去，像鏈條一樣環(huán)環(huán)相扣，所以科學(xué)家將其命名為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。1946年，在法國居里實(shí)驗(yàn)室工作的我國科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦發(fā)現(xiàn)了鈾原子核的“三裂變”、“四裂變”現(xiàn)象。鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)釋放出巨大的核能，1千克鈾235裂變釋放出的能量，相當(dāng)于2500噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的能量。只有鈾233、鈾235和钚239這3種核素可以由能量為0.025電子伏的熱中子引起核裂變。它們都可用作核燃料，其中只有鈾235是天然存在的，而鈾233、钚239是在反應(yīng)堆中人工生產(chǎn)出來的。鈾235在天然鈾中的含量僅為0.7%。
    反應(yīng)堆是通過受控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，將核能緩慢地釋放出來的裝置，是和平利用核能的最主要設(shè)施。反應(yīng)堆的種類繁多，一般是根據(jù)用途分為動(dòng)力堆、生產(chǎn)堆和研究堆。動(dòng)力堆是利用核裂變釋放的能量來產(chǎn)生動(dòng)力，進(jìn)行發(fā)電、供熱、推動(dòng)船艦等。生產(chǎn)堆是利用中子生產(chǎn)新的核燃料。研究堆是利用中子進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的研究。
    為了實(shí)現(xiàn)核能的進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)前世界許多國家的核科學(xué)家正在研究與發(fā)展先進(jìn)的核反應(yīng)堆，進(jìn)一步提高反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。我國目前正在研發(fā)多種先進(jìn)反應(yīng)堆。例如，由清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院承擔(dān)研發(fā)的高溫氣冷堆具有安全性好、發(fā)電效率高、用途廣等諸多特點(diǎn)，其10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆已于2003年1月實(shí)現(xiàn)滿功率并網(wǎng)發(fā)電，目前正在建設(shè)更高功率的商業(yè)示范核電站；在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，通過自主創(chuàng)新，國家核電技術(shù)公司正承擔(dān)具有非能動(dòng)特點(diǎn)的大型先進(jìn)壓水堆的研發(fā)工作。上述兩種反應(yīng)堆的研發(fā)工作已經(jīng)納入了國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃的重大專項(xiàng)研究計(jì)劃。另外，中國原子能科學(xué)研究院承擔(dān)的中國實(shí)驗(yàn)快堆于2010年7月首次達(dá)到臨界，這是中國核電領(lǐng)域的重大自主創(chuàng)新成果，意味著中國第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破?？於芽纱蟠筇岣哜欃Y源的利用率，從目前輕水堆的1%左右提高到60%—70%。
    3月11日，日本大地震使得其位于福島核電站的多個(gè)機(jī)組相續(xù)發(fā)生爆炸并導(dǎo)致一定程度的放射性泄漏，增加了人們對(duì)核電安全性的擔(dān)憂，也給當(dāng)前世界核電快速發(fā)展的格局增添了變數(shù)，例如，德國就及時(shí)擱置了其延遲多座核電站使用壽命的議案討論。但是，需要指出的是，發(fā)生事故的福島核電站建于上世紀(jì)六七十年代，所采用的沸水堆被認(rèn)為是第二代（或一代半）堆型，相關(guān)設(shè)計(jì)及電站輔助設(shè)備相對(duì)較為落后，因此在破壞力極強(qiáng)的地震及海嘯作用下發(fā)生較為嚴(yán)重的事故。目前，隨著世界各國對(duì)核電安全性的進(jìn)一步重視以及核電技術(shù)的快速進(jìn)步，世界上運(yùn)行的老舊堆型正在逐步退出歷史舞臺(tái)，未來核電將轉(zhuǎn)向新一代的具有固有安全性的先進(jìn)反應(yīng)堆，人們能夠在確保安全的情況下享受核電給我們帶來的益處。
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