核能源

核能(英语:nuclear power,也称原子能核动力)是利用可控核反应来获取能量,然后产生动力、热量电能。该术语包括核裂变核衰变核聚变。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汽轮发电机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。

压水反应堆运作原理

核裂变

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能。世界各国军队中的某些潜艇航空母舰以核能为动力(主要是美国)。

根据国际能源署的资料,2007年全球电力有13.8%由核能提供。截至2014年9月,全世界共有437个核电机组处于运行状态,总装机容量为374.5吉瓦,虽然不是所有的核反应堆都正在发电。超过150艘使用核动力推进的舰船已被建造,由超过180个核反应堆提供动力。

核动力相关的重大事故包括三哩岛核泄漏事故(1979年)、切尔诺贝利核事故(1986年)、福岛第一核电站事故(2011年)和一些核动力潜艇事故。在各种能源的事故之中,按照每个单位发电的人命损失计算,核电的安全记录优于其他几种主要的发电方式。

到2012年,根据国际原子能机构,全世界有15个国家正在建造共有68个民用核电反应堆,其中,中国已有25座核电站正在建造,并且计划建造更多的。美国有近一半的核反应堆的证书被延长到60年,并且认真考虑建造十几个新核电站的计划。德国决定在2022年前关闭所有核电站,而意大利禁止核电站。继福岛之后,国际能源机构估计到2035年要减半新增加的核能发电能力。

在爱达荷州一个核裂变反应堆TRIGA反应堆的核心近照

核聚变

核聚变,又称核融合融合反应聚变反应,是指将两个较轻的结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。在此过程中,物质没有守恒,因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子(能量)。核聚变是给活跃的或“主序的”恒星提供能量的过程。

 (D-T)的核聚变反应产生(He)与中子(n),期间释放出的核能,在核聚变发电中难度最低,是目前考虑中的未来主要能源。

核聚变反应速度会一直与温度一起上升,直到最大反应速率温度后、逐渐下降。DT反应速度峰值的温度是最低的(约70 keV或八亿度k),,而且高于另外的反应。

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,两个轻核在发生聚变时虽然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

举例:两个质量小的原子,比方说两个氚原子,在一定条件下(如超高温和高压),会发生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-3,并伴随着巨大的能量释放。

原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc2,原子核之净质量变化(反应物与生成物之质量差)造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核,称为核裂变,如原子弹爆炸;如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核,称为核聚变。一般来说,这种核反应会终止于,因为其原子核最为稳定。

最早的人工核聚变技术是氢弹,同时在20世纪50年代,人类开始认真地研究发展用于民用目的的受控热核聚变,并一直持续到今天。在经过60年从以前的实验中做出设计改进之后,采用激光约束的国家点火装置(NIF)和采用磁约束国际热核聚变实验反应堆(ITER)这两个主要项目的目标为在反应中产生的能量超过点燃反应所需要的能量。ITER还计划实现聚变“自持”。