核 能
核能通過三種核反應之一釋放：
1.核裂變，打開原子核的結合力。
2.核聚變，原子的粒子熔合在一起。
3.核衰變，自然的慢得多的裂變形式。
核能發電的過程：核能→水和水蒸氣的內能→發電機轉子的機械能→電能。
核能是通過轉化其品質從原子核釋放核能的能量，
符合阿爾伯特·愛因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=品質，c=光速常量。
核 能
核聚變是指由品質小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發生原子核互相聚合作用，生成新的品質更重的原子核，並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。
原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。
如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；
如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發光發熱的能量來源。
相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。
目前人類已經可以實現不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。
但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出。科學家正努力研究如何控制核聚變，但是現在看來還有很長的路要走。
核聚變方式：超聲波核聚變 鐳射約束（慣性約束）核聚變 磁約束核聚變（托卡馬克）
核聚變
比原子彈威力更大的核武器—氫彈，就是利用核聚變來發揮作用的。
核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。
只有較輕的原子核才能發生核聚變，比如氫的同位素氘(dao)、氚(chuan)等。
核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。
太陽內部連續進行著氫聚變成氦過程，它的光和熱就是由核聚變產生的。
核聚變能釋放出巨大的能量，但目前人們只能在氫彈爆炸的一瞬間實現非受控的人工核聚變。
而要利用人工核聚變產生的巨大能量為人類服務，就必須使核聚變在人們的控制下進行，這就是受控核聚變。
實現受控核聚變具有極其誘人的前景。
不僅因為核聚變能放出巨大的能量，而且由於核聚變所需核能的原料——氫的同位素氘可以從海水中提取。
經過計算，1升海水中提取出的氘進行核聚變放出的能量相當於100升汽油燃燒釋放的能量。
全世界的海水幾乎是“取之不盡”的，因此受控核聚變的研究成功將使人類擺脫能源危機的困擾。
但是人們現在還不能進行受控核聚變，
這主要是因為進行核聚變需要的條件非常苛刻。發生核聚變需要在1億度的高溫下才能進行，因此又叫熱核反應。
可以想像，沒有什麼材料能經受得起1億度的高溫。此外還有許多難以想像的困難需要去克服。
儘管存在著許多困難，人們經過不斷研究已取得了可喜的進展。
科學家們設計了許多巧妙的方法，如用強大的磁場來約束反應，用強大的鐳射來加熱原子等。
可以預計，人們最終將掌握控制核聚變的方法，讓核聚變為人類服務。
核能-核能發電
利用核反應爐中核裂變所釋放出的熱能進行發電的方式。 它與火力發電極其相似。
只是以核反應核能堆及蒸汽發生器來代替火力發電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。
除沸水堆外（見輕水堆），其他類型的動力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，
在蒸汽發生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然後形成蒸汽推動汽輪發電機。
沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個大氣壓左右的飽和蒸汽，經汽水分離並乾燥後直接推動汽輪發電機。
核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當多。
核能發電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其餘皆為無法產生核分裂的鈾238。
舉例而言，核四廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標準貨櫃就可以運載。
如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運705車才夠。
如果使用天然氣，需要143萬噸，相當於每天燒掉20萬桶家用瓦斯。
換算起來，剛好接近全臺灣692萬戶的瓦斯用量。
核能-簡史
核能發電的歷史與動力堆的發展歷史密切相關。
動力堆的發展最初是出於軍事需要。1954年，蘇聯建成世界上第核能一座裝機容量為 5兆瓦(電)的核電站。
英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年,有5個國家建成20座核電站，裝機容量1279兆瓦（電）。
由於核濃縮技術的發展，到1966年，核能發電的成本已低於火力發電的成本。核能發電真正邁入實用階段。
1978年全世界22個國家和地區正在運行的30兆瓦（電）以上的核電站反應堆已達200多座,
總裝機容量已達107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發電的進展更快。
到1991年，全世界近30個國家和地區建成的核電機組為423套，總容量為3.275億千瓦，
其發電量占全世界總發電量的約16％。
世界上第一座核電站—蘇聯奧布寧斯克核電站. 中國大陸的核電起步較晚，80年代才動工興建核電站。
中國自行設計建造的30萬千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運行。大亞灣核電站正加緊施工。
核能-發電原理
核能發電的能量來自核反應爐中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應所釋放的裂變能。
裂變反應指鈾-235、鈈-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。
反應中，可裂變物的原子核吸收一個中子後發生裂變並放出兩三個中子。
若這些中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變、使裂變自持地進行，則這種反應稱為鏈式裂變反應。
實現鏈式反應是核能發電的前提。要用反應堆產生核能,需要解決以下4個問題：
①為核裂變鏈式反應、提供必要的條件，使之得以進行。
②鏈式反應、必須能由人通過一定裝置進行控制。
失去控制的裂變能不僅不能用於發電，還會釀成災害。
③裂變反應產生的能量、要能從反應堆中安全取出。
④裂變反應中產生的中子和放射性物質、
對人體危害很大，必須設法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。
世界上有比較豐富的核資源，核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等等，
世界上鈾的儲量約為417萬噸。地球上可供開發的核燃料資源，可提供的能量是礦石燃料的十多萬倍。
核能應用作為緩和世界能源危機的一種經濟有效的措施有許多的優點，其一核燃料具有許多優點，如體積小而能量大，
核能比化學能大幾百萬倍；1000克鈾釋放的能量相當於2400噸標準煤釋放的能量；
一座100萬千瓦的大型燒煤電站，每年需原煤300∼400萬噸，運這些煤需要2760列火車，
相當於每天8列火車，還要運走4000萬噸灰渣。
同功率的壓水堆核電站，一年僅耗鈾含量為3％的低濃縮鈾燃料28噸；每一磅鈾的成本，約為20美元，
換算成1千瓦發電經費是0．001美元左右，這和目前的傳統發電成本比較，便宜許多；
而且，由於核燃料的運輸量小，所以核電站就可建在最需要的工業區附近。
核電站的基本建設投資一般是同等火電站的一倍半到兩倍，不過它的核燃料費用卻要比煤便宜得多，
運行維修費用也比火電站少，如果掌握了核聚變反應技術，使用海水作燃料，則更是取之不盡，用之方便。其二是污染少。
火電站不斷地向大氣裏排放二氧化硫和氧化氮等有害物質，同時煤裏的少量鈾、鈦和鐳等放射性物質，
也會隨著煙塵飄落到火電站的周圍，污染環境。
而核電站設置了層層屏障，基本上不排放污染環境的物質，就是放射性污染也比燒煤電站少得多。
據統計，核電站正常運行的時候，一年給居民帶來的放射性影響，還不到一次X光透視所受的劑量。
其三是安全性強。
從第一座核電站建成以來，全世界投入運行的核電站達400多座，30多年來基本上是安全正常的。
雖然有1979年美國三裏島壓水堆核電站事故和1986年蘇聯車諾比石墨沸水堆核電站事故，
但這兩次事故都是由於人為因素造成的。隨著壓水堆的進一步改進，核電站有可能會變得更加安全。
核能-優點
1.核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染。
2.核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。
3.核能發電所使用的鈾燃料，除了發電外，沒有其他的用途。
4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，
一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以完成運送。
5.核能發電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響，
故發電成本較其他發電方法為穩定。
核能-缺點
1.核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射核能線，
故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。
2.核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。
3.核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。
4.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。
5.興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。
6.核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。
核能-用核能為微型裝置提供動力
目前，世界各地的研究人員正在開發寬度小於人的頭髮的微型裝置，用於從生化感測器到醫學植入體的各種用核能途。
但這方面存在著一個障礙：
目前還沒人能拿出一種與這麼小的微型機械裝置相匹配的能源。
任何一個隨身攜帶過使用五磅重電池、而自重僅一磅的可擕式電腦的人都該明白這句話的意思。
為了實現這些裝置的全部潛在用途需要有這樣一種能源，它既能提供強大的動力，又要小得足以安裝在同一塊晶片上。
現在，威斯康星大學的一組工程師相信他們也許找到了正確的方法。
他們已經開始了一個利用核能來提供能量的項目，但這些發電機將與向家庭和工廠提供電力的帶穹頂的核電廠完全不同.
這些微型裝置的能源不是靠轉動的渦輪機來發電，而是利用微量的放射性物質，通過它們的衰變來產生電能。
以前也有過這種做法，但規模要大得多。
人們曾用這種方法給從心臟起搏器到探索太陽系外層黑暗空間的航天器等各種裝置提供能源.
威斯康星大學的核能工程教授詹姆斯·布蘭查德說：“以前還從沒在我們現在所討論的規模上做過這種事。”
布蘭查德所領導的研究小組正設法開發這項技術，這項研究得到了美國能源部一項45萬美元的撥款。
儘管單單提起核能就會使一些人的後背生出絲絲涼氣，但研究人員稱他們的發電機只使用極少的放射性物質，
安全應該不是問題。布蘭查德說，最適合這種技術的元素是1898年由居裏夫婦發現的釙。
放射性物質已廣泛應用在許多裝置中，包括煙霧探測器。
另外一些影印機上也使用條狀的放射性物質消除紙張間的靜電。
但如果核電要成為未來的微型“機器”的能源，這項技術必須縮小到微觀水準。
布蘭查德說，用放射性材料發電可以有兩種方法。
放射性材料衰變時發出的熱量可以使一些物質放出電子，從而形成電能。
但研究小組核能傾向於一種更直接的方法。 布蘭查德說：“當放射性同位素衰變時，它會釋放出帶電粒子，
這樣你就能直接俘獲這些帶電粒子，利用它們產生電能。”
他說，相對於這些裝置的規模而言，這些粒子產生的電壓是非常高的。
布蘭查德說 ，他的研究小組並沒有直接考慮這些微型裝置的用途。
他認為，一旦有了一種合適的能源，其他人將會想出許多用途來。
事實上，世界各地有數十個實驗室已經在研製被稱作MEMS的微型機電設備，它是當今高科技領域的關鍵課題之一。
布蘭查德在這個項目中的同事、電氣工程學教授阿米特·拉爾說，
一旦有了合適的能源，將會產生“以前根本不可能的許多用途”。
這項技術最直接的應用很可能是用來研製各種各樣的微型感測器。
一種合適的能源能夠用無線聯絡的方式把數以百計的微型感測器聯繫起來，這是一項在軍事上很有潛力的用途。
這樣的感測器小至肉眼無法看到，可以在惡劣環境中探測化學物質的存在。
布蘭查德說：“假如它們發現了它們不喜歡的化學物質，它們能向某個中心位置發回信號，
這樣人們不用到現場就能找到這些化學武器了。”
這些感測器也能用來探測工廠內微量的有害化學物質和氣體。
一個有趣的前景是我們可以把這些感測器造得很小，把它們混入重型機械上使用的潤滑油中，
以便探測什麼時候需要對機器進行保養。
拉爾說：“最大的影響可能是把這些感測器系統結合到日常系統中，從而使日常系統變得更加可靠、安全和智慧。”
核能-海洋中的核資源以及應用
核能是人類最具希望的未來能源。 目前人們開發核能的途徑有兩條：一是重元素的裂變，如鈾的裂變；
二是輕元素的聚變，如氘、氚、鋰等。
重元素的裂變技術，己得到實際性的應用；而輕元素聚變技術，也正在積極研製之中。
可不論是重元素鈾，還是輕元素氘、氚，在海洋中都有相當巨大的儲藏量。
鈾是高能量的核燃料，１千克鈾可供利用的能量相當於燃燒2250噸優質煤。
然而陸地上鈾的儲藏量並不豐富，且分佈極不均勻。
只有少數國家擁有有限的鈾礦，全世界較適於開採的只有100萬噸，加上低品位鈾礦及其副產鈾化物，
總量也不超過500萬噸，按目前的消耗量，只夠開採幾十年。而在巨大的海水水體中，卻含有豐富的鈾礦資源。
據估計，海水中溶解的鈾的數量可達45億噸，相當於陸地總儲量的幾千倍。
如果能將海水中的鈾全部提取出來，所含的裂變能可保證人類幾萬年的能源需要。
不過，海水中含鈾的濃度很低，1000噸海水只含有3克鈾。
只有先把鈾從海水中提取出來，才能應用。而要從海水中提取鈾，從技術上講是件十分困難的事情，
需要處理大量海水，技術工藝十分複雜。
但是，人們已經試驗了很多種海水提鈾的辦法，如吸附法、共沉法、氣泡分離法以及藻類生物濃縮法等。
60年代起，日本、英國、聯邦德國等先後著手研究從海水中提取鈾，並且逐漸建立了從海水中提取鈾的多種方法。
其中，以水合氧化鈦吸附劑為基礎的無機吸附方法的研究進展最快。
目前，評估海水提鈾可行性的依據之一是一種採用高分子粘合劑和水合氧化鑽製成的複合型鈦吸附劑。
現在海水提鈾已從基礎研究轉向開發應用研究的階段。
日本已建成年產10千克鈾的中試工廠，一些沿海國家也計畫建造百噸級甚至千噸級工業規模的海水提鈾廠。
氘和氚都是氫的同位素。
它們的原子核可以在一定的條件下，互相碰撞聚合成較重的原子核 --氦核，同時釋放巨核能大的核能。
一個碳原子完全燃燒生成二氧化碳時，只放出4電子伏特的能量，而氘-氚反應時能放出1780萬電子伏特的能量。
據計算，1 公斤氫/燃料，至少可以抵得上4公斤鈾燃料或l萬噸優質煤燃料。
每升海水中含有 0.03克氘。
這0.03克氘聚變時釋放出采的能量相當於300升汽油燃燒的能量。
海水的總體積為13．7億立方公里，共含有幾億億公斤的氘。
這些氘的聚變所釋放出的能量，足以保證人類上百億年的能源消耗。
而且氘的提取方法簡便，成本較低，核聚變堆的運行也是十分安全的。
因此，以海水中的氘、氚的核聚變能解決人類未來的能源需要'將展示出最好的前景。
氘 -氚的核聚變反應，需要在上千萬度乃至上億度的高溫條件下進行。這樣的反應，已經在氫彈上得以實現。
用於生產目的的受控熱核聚變在技術上還有許多難題。
但是，隨著科學技術的進步，這些難題正在逐步解決的。
1991年11月9日，出l 4個歐洲國家合資，在歐洲聯合環型核裂變裝置上，成功地進行了首次氘-氚受控核聚變試驗，
發出了1．8兆瓦電力的聚變能量，持續時間為2秒，溫度高達3億度，比太陽內部的溫度還高20倍。
核聚變比核裂變產生的能量效應要高600倍，比煤高1000萬倍。
因此，科學家們認為，氘-氚受控核聚變的試驗成功，是人類開發新能源的一個里程碑。
在下個世紀，核聚變技術和海洋氘、氚提取技術將會有重大突破。
這兩項技術的發展和不斷的成熟，將對人類社會的進步產生重大的影響。
另外“能源金屬”鋰是用於製造氫彈的重要原料。
海洋中每升海水含鏗 15∼20毫克，海水中鋰總儲量約為2．5核能×10 11 噸。
隨著受控核聚變技術的發展，同位素鋰6聚變釋放的巨大能量最終將和平服務於人類。
鋰還是理想的電池原料，含鏗的鋁捏合金在航太工業中佔有重要位置。
此外，鋰在化工、玻璃、電子、陶瓷等領域的應用也有較大發展。
因此，全世界對鏗的需求量正以每年7％∼11％速度增加。
目前，主要是採用蒸發結晶法、沉澱法、溶劑萃取法及離子交換法從鹵水中提取鋰。
重水也是原子能反應堆的減速劑和傳熱介質，也是製造氫彈的原料，海水中含有 2×10 14 噸重水，
如果人類一直致力的受控熱核聚變的研究得以解決，從海水中大規模提取重水一旦實現，
海洋就能為人類提供取之不盡、用之不竭的能源。
核能-月球上的和能源以及應用
早在20世紀60年代末和70年代初，美國阿波羅飛船登月時，6次帶回368.194千克的月球岩石和塵埃。
科學家將月核能球塵埃加熱到3000華氏度時，發現有氦等放射性物質。
經進一步分析鑒定，月球上存在大量的氦-3。科學家在進行了大量研究後認為，採用氦-3的聚變來發電，會更加安全。
有關專家認為，氦-3在地球上特別少，但是月球上很多，光是氦-3就可以為地球開發1萬-5萬年用的核電。
地球上的氦-3總量僅有10-15噸，可謂奇缺。 但是，科學家在分析了從月球上帶回來的月壤樣品後估算，
在上億年的時間裏，月球保存著大約5億噸氦-3，如果供人類作為替代能源使用，足以使用上千年。
核能-安全核能
當今，全世界幾乎16%的電能是由441座核反應爐生產的，而其中有9個國家的40%多的能源生產來自核能。
在這一領域，國際原子能機構作為隸屬聯合國大家庭的一個國際機構，對和平利用、
開發原子能的活動積極加以扶持，並且為核安全和環保確立了相應的國際標準。
國際原子能機構的作用相當於一個在核領域進行科技合作的政府間中心論壇。
作為一個協調中心，該機構的設立便於在核安全領域交換資訊、制訂方針和規範以及應有關政府之要求，
提供如何加強核反應爐安全和避免核事故風險的方法。
國際原子能機構還在旨在確保核技術的運用以求可持續發展的國際努力中扮演重要作用。
隨著各國的核能計畫增多，公眾日益關注核安全問題，國際原子能機構在核安全領域的職責也擴大了。
為此，國際原子能機構制訂了輻射防護基準標準，並就特定的業務類型頒佈了有關條例和業務守則，
其中包括安全運送放射性材料方面的條例和業務守則。
依據《核事故或輻射緊急援助公約》和《及早通報核事故公約》，
一旦發生放射性事故，國際原子能機構會立即採取行動，確保向成員國提供緊急援助。
國際原子能機構還對其他幾個核安全方面的國際條約擔負著保存任務。
這些國際條約包括：《核材料實物保護公約》，《維也納核損害民事責任公約》，
《核安全公約》以及《廢燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯合公約》。
最後一個公約是針對核安全問題的第一個國際性的法律文書。
國際原子能機構就各成員國實施原子能計畫提供援助和諮詢意見，並且積極推動各國就科技資訊進行交流。
該機構還幫助各國政府在水、衛生、營養及藥物和食品生產等領域和平利用原子能。
這方面一個突出的例子是利用核輻射技術所開展的突變育種工作。
通過這一工作，將近2000個新的優良作物品種業已開發成功。
當前，圍繞能源選擇的問題爭論不休。
這場爭論的起因是國際社會試圖控制二氧化碳向大氣層的排放，因為二氧化碳進入大氣層導致了全球升溫。
國際原子能機構強調核能的種種好處，認為作為一種重要的能源來源，
核能不存在溫室氣體和其他有毒氣體排放的問題。
核能作為一個協調中心，該機構的設立便於在核安全領域交換資訊、
制訂方針和規範以及應有關政府之要求提供如何加強核反應爐安全和避免核事故風險的方法。
國際原子能機構還在旨在確保核技術的運用以求可持續發展的國際努力中扮演重要作用。
隨著各國的核能計畫增多，公眾日益關注核安全問題，國際原子能機構在核安全領域的職責也擴大了。
為此，國際原子能機構制訂了輻射防護基準標準，並就特定的業務類型頒佈了有關條例和業務守則，
其中包括安全運送放射性材料方面的條例和業務守則。
依據《核事故或輻射緊急援助公約》和《及早通報核事故公約》，一旦發生放射性事故，
國際原子能機構會立即採取行動，確保向成員國提供緊急援助。
國際原子能機構還對其他幾個核安全方面的國際條約擔負著保存任務。
這些國際條約包括：《核材料實物保護公約》，《維也納核損害民事責任公約》，
《核安全公約》以及《廢燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯合公約》。
最後一個公約是針對核安全問題的第一個國際性的法律文書。
國際原子能機構就各成員國實施原子能計畫提供援助和諮詢意見，並且積極推動各國就科技資訊進行交流。
該機構還幫助各國政府在水、衛生、營養及藥物和食品生產等領域和平利用原子能。
這方面一個突出的例子是利用核輻射技術所開展的突變育種工作。
通過這一工作，將近2000個新的優良作物品種業已開發成功。
通過其設在維也納的國際核資訊系統，國際原子能機構對幾乎所有核科學和技術方面的資訊進行收集和傳播。
國際原子能機構還與聯合國教育、科學及文化組織合作，在義大利東北部城市的里雅斯特設立了國際理論物理中心。
該中心擁有三個實驗室，開展原子能基礎應用方面的研究。
國際原子能機構還與聯合國糧農組織合作，開展原子能應用於糧食和農業生產領域的研究。
該機構還與世界衛生組織合作，開展核輻射應用於醫藥和生物學領域的研究。
此外，國際原子能機構在摩納哥還設有海洋環境實驗室。該實驗室得到了聯合國環境規劃署和教育、
科學及文化組織的協助，共同對全球海洋環境污染的情況進行研究。
實驗室，開展原子能基礎應用方面的研究。
國際原子能機構還與聯合國糧農組織合作，開展原子能應用於糧食和農業生產領域的研究。
該機構還與世界衛生組織合作，開展核輻射應用於醫藥和生物學領域的研究。
此外，國際原子能機構在摩納哥還設有海洋環境實驗室。
該實驗室得到了聯合國環境規劃署和教育、科學及文化組織的協助，共同對全球海洋環境污染的情況進行研究
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(5月25日編輯完稿)