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發(fā)展簡(jiǎn)史
核能(nuclear energy)是人類歷史上的一項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)，這離不開(kāi)早期西方科學(xué)家的探索發(fā)現(xiàn)，他們?yōu)楹四艿膽?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
19世紀(jì)末英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子。
1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。
1896年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性。
1898年居里夫人與居里先生發(fā)現(xiàn)新的放射性元素釙。
1902年居里夫人經(jīng)過(guò)三年又九個(gè)月的艱苦努力又發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳。
1905年愛(ài)因斯坦提出質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式。
1914年英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定氫原子核是一個(gè)正電荷單元，稱為質(zhì)子。1935年英國(guó)物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1938年德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W托·哈恩用中子轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。1942年12月2日美國(guó)芝加哥大學(xué)成功啟動(dòng)了世界上第一座核反應(yīng)堆。
1945年8月6日和9日美國(guó)將兩顆原子彈先后投在了日本的廣島和長(zhǎng)崎。
1954年蘇聯(lián)建成了世界上第一座核電站------奧布靈斯克核電站。
在1945年之前，人類在能源利用領(lǐng)域只涉及到物理變化和化學(xué)變化。二戰(zhàn)時(shí)，原子彈誕生了。人類開(kāi)始將核能運(yùn)用于軍事、能源、工業(yè)、航天等領(lǐng)域。美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、中國(guó)、日本、以色列等國(guó)相繼展開(kāi)對(duì)核能應(yīng)用前景的研究。
核能發(fā)電
簡(jiǎn)介
利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā)生器來(lái)代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。除沸水堆外（見(jiàn)輕水堆），其他類型的動(dòng)力堆都是一回路的冷卻劑通過(guò)堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過(guò)堆心加熱變成70個(gè)大氣壓左右的過(guò)飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。
核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，利用產(chǎn)生的水蒸氣推動(dòng)蒸汽輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。核反應(yīng)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(wàn)倍），比較起來(lái)所以需要的燃料體積比火力電廠少相當(dāng)多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其馀皆為無(wú)法產(chǎn)生核分裂的鈾238。
舉例而言，核電廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運(yùn)載。如果換成燃煤，需要515萬(wàn)噸，每天要用20噸的大卡車運(yùn)705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬(wàn)噸，相當(dāng)于每天燒掉20萬(wàn)桶家用瓦斯。換算起來(lái)，剛好接近全臺(tái)灣692萬(wàn)戶的瓦斯用量。
過(guò)程
核能→水和水蒸氣的內(nèi)能→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能→電能。
歷史
簡(jiǎn)史核能發(fā)電的歷史與動(dòng)力堆的發(fā)展歷史密切相關(guān)。動(dòng)力堆的發(fā)展最初是出于軍事需要。1954年，蘇聯(lián)建成世界上第一座裝機(jī)容量為5兆瓦(電)的奧布寧斯克核電站。英、美等國(guó)也相繼建成各種類型的核電站。到1960年，有5個(gè)國(guó)家建成20座核電站，裝機(jī)容量1279兆瓦（電）。由于核濃縮技術(shù)的發(fā)展，到1966年，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實(shí)用階段。1978年全世界22個(gè)國(guó)家和地區(qū)正在運(yùn)行的30兆瓦（電）以上的核電站反應(yīng)堆已達(dá)200多座，總裝機(jī)容量已達(dá)107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進(jìn)展更快。到1991年，全世界近30個(gè)國(guó)家和地區(qū)建成的核電機(jī)組為423套，總?cè)萘繛?.275億千瓦，其發(fā)電量占全世界總發(fā)電量的約16%。中國(guó)大陸的核電起步較晚，80年代才動(dòng)工興建核電站。中國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的30萬(wàn)千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運(yùn)行。大亞灣核電站于1987年開(kāi)工，于1994年全部并網(wǎng)發(fā)電。
發(fā)展進(jìn)程
第一代核電站。核電站的開(kāi)發(fā)與建設(shè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代。1954年前蘇聯(lián)建成發(fā)電功率為5兆瓦的實(shí)驗(yàn)性核電站；1957年，美國(guó)建成發(fā)電功率為9萬(wàn)千瓦的ShipPingPort原型核電站。這些成就證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)可行性。國(guó)際上把上述實(shí)驗(yàn)性的原型核電機(jī)組成為第一代核電機(jī)組。
第二代核電站。20世紀(jì)60年代后期，在實(shí)驗(yàn)性和原型核電機(jī)組基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成發(fā)電功率30萬(wàn)千瓦的壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核電機(jī)組，他們?cè)谶M(jìn)一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時(shí)，使核電的經(jīng)濟(jì)性也得以證明。目前，世界上商業(yè)運(yùn)行的400多座核電機(jī)組絕大部分是在這一時(shí)期建成的，習(xí)慣上稱為第二代核電機(jī)組。
第三代核電站。20世紀(jì)90年代，為了消除三里島和切爾諾貝利核電站事故的負(fù)面影響，世紀(jì)核電業(yè)界集中力量對(duì)嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解進(jìn)行了研究和攻關(guān)，美國(guó)和歐洲先后出臺(tái)了《先進(jìn)輕水堆用戶要求文件》，即URD文件和《歐洲用戶對(duì)輕水堆核電站的要求》，即EUR文件，進(jìn)一步明確了預(yù)防與緩解嚴(yán)重事故，提高安全可靠性等方面的要求。國(guó)際上通常把滿足URD文件或EUR文件的核電機(jī)組稱為第三代核電機(jī)組。對(duì)第三代核電機(jī)組要求是能在2010年前進(jìn)行商用建造。
第四代核電站。2000年1月，在美國(guó)能源部的倡議下，美國(guó)、英國(guó)、瑞士、南非、日本、法國(guó)、加拿大、巴西、韓國(guó)和阿根廷共10個(gè)有意發(fā)展核能的國(guó)家，聯(lián)合組成了“第四代國(guó)際核能論壇”，與2001年7月簽署了合約，約定共同合作研究開(kāi)發(fā)第四代核能技術(shù)。
原理
核能發(fā)電的能量來(lái)自核反應(yīng)堆中可裂變材料(核燃料)進(jìn)行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾-235、钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個(gè)碎片，同時(shí)放出中子和大量能量的過(guò)程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變并放出兩三個(gè)中子。若這些中子除去消耗，至少有一個(gè)中子能引起另一個(gè)原子核裂變，使裂變自持地進(jìn)行，則這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的前提。
優(yōu)點(diǎn)
1．核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染。
2．核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。
3．核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，暫時(shí)沒(méi)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(wàn)倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一座1000百萬(wàn)瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送。
5．核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。
缺點(diǎn)
1．核能電廠會(huì)產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過(guò)之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對(duì)相當(dāng)大的政治困擾。
2．核能發(fā)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(huán)境裏，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。
3．核能電廠投資成本太大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高。
4．核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。
5．興建核電廠較易引發(fā)政治歧見(jiàn)紛爭(zhēng)。
6．核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。
微型裝置
世界各地的研究人員正在開(kāi)發(fā)寬度小于人的頭發(fā)的微型裝置，用于從生化傳感器到醫(yī)學(xué)植入體的各種用途。但這方面存在著一個(gè)障礙：現(xiàn)在還沒(méi)人能拿出一種與這么小的微型機(jī)械裝置相匹配的能源。
任何一個(gè)隨身攜帶過(guò)使用五磅重電池、而自重僅一磅的便攜式電腦的人都該明白這句話的意思。為了實(shí)現(xiàn)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(qiáng)大的動(dòng)力，又要小得足以安裝在同一塊芯片上。
威斯康星大學(xué)的一組工程師相信他們也許找到了正確的方法。他們已經(jīng)開(kāi)始了一個(gè)利用核能來(lái)提供能量的項(xiàng)目，但這些發(fā)電機(jī)將與向家庭和工廠提供電力的帶穹頂?shù)暮穗姀S完全不同。
這些微型裝置的能源不是靠轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪機(jī)來(lái)發(fā)電，而是利用微量的放射性物質(zhì)，通過(guò)它們的衰變來(lái)產(chǎn)生電能。以前也有過(guò)這種做法，但規(guī)模要大得多。人們?cè)眠@種方法給從心臟起搏器到探索太陽(yáng)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(xué)的核能工程教授詹姆斯·布蘭查德說(shuō)：“以前還從沒(méi)在我們現(xiàn)在所討論的規(guī)模上做過(guò)這種事。”布蘭查德所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正設(shè)法開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)研究得到了美國(guó)能源部一項(xiàng)45萬(wàn)美元的撥款。
盡管單單提起核能就會(huì)使一些人的后背生出絲絲涼氣，但研究人員稱他們的發(fā)電機(jī)只使用極少的放射性物質(zhì)，安全應(yīng)該不是問(wèn)題。布蘭查德說(shuō)，最適合這種技術(shù)的元素是1898年由居里夫婦發(fā)現(xiàn)的釙。
放射性物質(zhì)已廣泛應(yīng)用在許多裝置中，包括煙霧探測(cè)器。另外一些復(fù)印機(jī)上也使用條狀的放射性物質(zhì)消除紙張間的靜電。但如果核電要成為未來(lái)的微型“機(jī)器”的能源，這項(xiàng)技術(shù)必須縮小到微觀水平。布蘭查德說(shuō)，用放射性材料發(fā)電可以有兩種方法。放射性材料衰變時(shí)發(fā)出的熱量可以使一些物質(zhì)放出電子，從而形成電能。但研究小組傾向于一種更直接的方法。
布蘭查德說(shuō)：“當(dāng)放射性同位素衰變時(shí)，它會(huì)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(chǎn)生電能。”他說(shuō)，相對(duì)于這些裝置的規(guī)模而言，這些粒子產(chǎn)生的電壓是非常高的。布蘭查德說(shuō)，他的研究小組并沒(méi)有直接考慮這些微型裝置的用途。他認(rèn)為，一旦有了一種合適的能源，其他人將會(huì)想出許多用途來(lái)。事實(shí)上，世界各地有數(shù)十個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在研制被稱作MEMS的微型機(jī)電設(shè)備，它是當(dāng)今高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵課題之一。
布蘭查德在這個(gè)項(xiàng)目中的同事、電氣工程學(xué)教授阿米特·拉爾說(shuō)，一旦有了合適的能源，將會(huì)產(chǎn)生“以前根本不可能的許多用途”。
這項(xiàng)技術(shù)最直接的應(yīng)用很可能是用來(lái)研制各種各樣的微型傳感器。一種合適的能源能夠用無(wú)線聯(lián)絡(luò)的方式把數(shù)以百計(jì)的微型傳感器聯(lián)系起來(lái)，這是一項(xiàng)在軍事上很有潛力的用途。這樣的傳感器小至肉眼無(wú)法看到，可以在惡劣環(huán)境中探測(cè)化學(xué)物質(zhì)的存在。布蘭查德說(shuō)：“假如它們發(fā)現(xiàn)了它們不喜歡的化學(xué)物質(zhì)，它們能向某個(gè)中心位置發(fā)回信號(hào)，這樣人們不用到現(xiàn)場(chǎng)就能找到這些化學(xué)武器了。”這些傳感器也能用來(lái)探測(cè)工廠內(nèi)微量的有害化學(xué)物質(zhì)和氣體。一個(gè)有趣的前景是我們可以把這些傳感器造得很小，把它們混入重型機(jī)械上使用的潤(rùn)滑油中，以便探測(cè)什么時(shí)候需要對(duì)機(jī)器進(jìn)行保養(yǎng)。
拉爾說(shuō)：“最大的影響可能是把這些傳感器系統(tǒng)結(jié)合到日常系統(tǒng)中，從而使日常系統(tǒng)變得更加可靠、安全和智能。”
海洋核能
核能是人類最具希望的未來(lái)能源。目前人們開(kāi)發(fā)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(shù)，己得到實(shí)際性的應(yīng)用；而輕元素聚變技術(shù)，也正在積極研制之中?？刹徽撌侵卦剽櫍€是輕元素氘、氚，在海洋中都有相當(dāng)巨大的儲(chǔ)藏量。
鈾是高能量的核燃料，1千克鈾可供利用的能量相當(dāng)于燃燒2050噸優(yōu)質(zhì)煤。然而陸地上鈾的儲(chǔ)藏量并不豐富，且分布極不均勻。只有少數(shù)國(guó)家擁有有限的鈾礦，全世界較適于開(kāi)采的只有100萬(wàn)噸，加上低品位鈾礦及其副產(chǎn)鈾化物，總量也不超過(guò)500萬(wàn)噸，按目前的消耗量，只夠開(kāi)采幾十年。而在巨大的海水水體中，卻含有豐富的鈾礦資源。據(jù)估計(jì)，海水中溶解的鈾的數(shù)量可達(dá)45億噸，相當(dāng)于陸地總儲(chǔ)量的幾千倍。如果能將海水中的鈾全部提取出來(lái)，所含的裂變能可保證人類幾萬(wàn)年的能源需要。不過(guò)，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(lái)，才能應(yīng)用。而要從海水中提取鈾，從技術(shù)上講是件十分困難的事情，需要處理大量海水，技術(shù)工藝十分復(fù)雜。但是，人們已經(jīng)試驗(yàn)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(guó)、聯(lián)邦德國(guó)等先后著手研究從海水中提取鈾，并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(chǔ)的無(wú)機(jī)吸附方法的研究進(jìn)展最快。目前，評(píng)估海水提鈾可行性的依據(jù)之一是一種采用高分子粘合劑和水合氧化鉆制成的復(fù)合型鈦吸附劑。現(xiàn)在海水提鈾已從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究的階段。日本已建成年產(chǎn)10千克鈾的中試工廠，一些沿海國(guó)家也計(jì)劃建造百噸級(jí)甚至千噸級(jí)工業(yè)規(guī)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(shí)釋放巨大的核能。一個(gè)碳原子完全燃燒生成二氧化碳時(shí)，只放出4電子伏特的能量，而氘-氚反應(yīng)時(shí)能放出1780萬(wàn)電子伏特的能量。據(jù)計(jì)算，1公斤氫/燃料，至少可以抵得上4公斤鈾燃料或l萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤燃料。
每升海水中含有0.03克氘。這0.03克氘聚變時(shí)釋放出采的能量相當(dāng)于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(jiǎn)便，成本較低，核聚變堆的運(yùn)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(lái)的能源需要‘將展示出最好的前景。
氘-氚的核聚變反應(yīng)，需要在上千萬(wàn)度乃至上億度的高溫條件下進(jìn)行。這樣的反應(yīng)，已經(jīng)在氫彈上得以實(shí)現(xiàn)。用于生產(chǎn)目的的受控?zé)岷司圩冊(cè)诩夹g(shù)上還有許多難題。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些難題正在逐步解決的。
1991年11月9日，由l4個(gè)歐洲國(guó)家合資，在歐洲聯(lián)合環(huán)型核裂變裝置上，成功地進(jìn)行了首次氘-氚受控核聚變?cè)囼?yàn)，發(fā)出了1．8兆瓦電力的聚變能量，持續(xù)時(shí)間為2秒，溫度高達(dá)3億度，比太陽(yáng)內(nèi)部的溫度還高20倍。核聚變比核裂變產(chǎn)生的能量效應(yīng)要高600倍，比煤高1000萬(wàn)倍。因此，科學(xué)家們認(rèn)為，氘-氚受控核聚變的試驗(yàn)成功，是人類開(kāi)發(fā)新能源的一個(gè)里程碑。在下個(gè)世紀(jì)，核聚變技術(shù)和海洋氘、氚提取技術(shù)將會(huì)有重大突破。這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和不斷的成熟，將對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生重大的影響。
另外，“能源金屬”鋰是用于制造氫彈的重要原料。海洋中每升海水含鋰15～20毫克，海水中鋰總儲(chǔ)量約為2．5×1011噸。隨著受控核聚變技術(shù)的發(fā)展，同位素鋰6聚變釋放的巨大能量最終將和平服務(wù)于人類。鋰還是理想的電池原料，含鋰的鋁鎳合金在航天工業(yè)中占有重要位置。此外，鋰在化工、玻璃、電子、陶瓷等領(lǐng)域的應(yīng)用也有較大發(fā)展。因此，全世界對(duì)鋰的需求量正以每年7%～11%速度增加。目前，主要是采用蒸發(fā)結(jié)晶法、沉淀法、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(yīng)堆的減速劑和傳熱介質(zhì)，也是制造氫彈的原料，海水中含有2×1014噸重水，如果人類一直致力的受控?zé)岷司圩兊难芯康靡越鉀Q，從海水中大規(guī)模提取重水一旦實(shí)現(xiàn)，海洋就能為人類提供取之不盡、用之不竭的能源。
月球核能
早在20世紀(jì)60年代末和70年代初，美國(guó)阿波羅飛船登月時(shí)，6次帶回368.194千克的月球巖石和塵埃?？茖W(xué)家將月球塵埃加熱到3000華氏度時(shí)，發(fā)現(xiàn)有氦等物質(zhì)。經(jīng)進(jìn)一步分析鑒定，月球上存在大量的氦-3。科學(xué)家在進(jìn)行了大量研究后認(rèn)為，采用氦-3的聚變來(lái)發(fā)電，會(huì)更加安全。
有關(guān)專家認(rèn)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(kāi)發(fā)1萬(wàn)-5萬(wàn)年用的核電。地球上的氦-3總量?jī)H有10-15噸，可謂奇缺。但是，科學(xué)家在分析了從月球上帶回來(lái)的月壤樣品后估算，在上億年的時(shí)間里，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。
安全核能
當(dāng)今，全世界幾乎16%的電能是由441座核反應(yīng)堆生產(chǎn)的，而其中有9個(gè)國(guó)家的40%多的能源生產(chǎn)來(lái)自核能。在這一領(lǐng)域，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)作為隸屬聯(lián)合國(guó)大家庭的一個(gè)國(guó)際機(jī)構(gòu)，對(duì)和平利用、開(kāi)發(fā)原子能的活動(dòng)積極加以扶持，并且為核安全和環(huán)保確立了相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的作用相當(dāng)于一個(gè)在核領(lǐng)域進(jìn)行科技合作的政府間中心論壇。作為一個(gè)協(xié)調(diào)中心，該機(jī)構(gòu)的設(shè)立便于在核安全領(lǐng)域交換信息、制訂方針和規(guī)范以及應(yīng)有關(guān)政府之要求提供如何加強(qiáng)核反應(yīng)堆安全和避免核事故風(fēng)險(xiǎn)的方法。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)還在旨在確保核技術(shù)的運(yùn)用以求可持續(xù)發(fā)展的國(guó)際努力中扮演重要作用。
隨著各國(guó)的核能計(jì)劃增多，公眾日益關(guān)注核安全問(wèn)題，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在核安全領(lǐng)域的職責(zé)也擴(kuò)大了。為此，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)制訂了輻射防護(hù)基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，并就特定的業(yè)務(wù)類型頒布了有關(guān)條例和業(yè)務(wù)守則，其中包括安全運(yùn)送放射性材料方面的條例和業(yè)務(wù)守則。依據(jù)《核事故或輻射緊急援助公約》和《及早通報(bào)核事故公約》，一旦發(fā)生放射性事故，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)會(huì)立即采取行動(dòng)，確保向成員國(guó)提供緊急援助。
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)還對(duì)其他幾個(gè)核安全方面的國(guó)際條約擔(dān)負(fù)著保存任務(wù)。這些國(guó)際條約包括：《核材料實(shí)物保護(hù)公約》，《維也納核損害民事責(zé)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(lián)合公約》。最后一個(gè)公約是針對(duì)核安全問(wèn)題的第一個(gè)國(guó)際性的法律文書(shū)。
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)就各成員國(guó)實(shí)施原子能計(jì)劃提供援助和咨詢意見(jiàn)，并且積極推動(dòng)各國(guó)就科技信息進(jìn)行交流。該機(jī)構(gòu)還幫助各國(guó)政府在水、衛(wèi)生、營(yíng)養(yǎng)及藥物和食品生產(chǎn)等領(lǐng)域和平利用原子能。這方面一個(gè)突出的例子是利用核輻射技術(shù)所開(kāi)展的突變育種工作。通過(guò)這一工作，將近2000個(gè)新的優(yōu)良作物品種業(yè)已開(kāi)發(fā)成功。
當(dāng)前，圍繞能源選擇的問(wèn)題爭(zhēng)論不休。這場(chǎng)爭(zhēng)論的起因是國(guó)際社會(huì)試圖控制二氧化碳向大氣層的排放，因?yàn)槎趸歼M(jìn)入大氣層導(dǎo)致了全球升溫。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)強(qiáng)調(diào)核能的種種好處，認(rèn)為作為一種重要的能源來(lái)源，核能不存在溫室氣體和其他有毒氣體排放的問(wèn)題。
通過(guò)其設(shè)在維也納的國(guó)際核信息系統(tǒng)，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)對(duì)幾乎所有核科學(xué)和技術(shù)方面的信息進(jìn)行收集和傳播。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)還與聯(lián)合國(guó)教育、科學(xué)及文化組織合作，在意大利東北部城市的里雅斯特設(shè)立了國(guó)際理論物理中心。該中心擁有三個(gè)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展原子能基礎(chǔ)應(yīng)用方面的研究。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)還與聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織合作，開(kāi)展原子能應(yīng)用于糧食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的研究。該機(jī)構(gòu)還與世界衛(wèi)生組織合作，開(kāi)展核輻射應(yīng)用于醫(yī)藥和生物學(xué)領(lǐng)域的研究。此外，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在摩納哥還設(shè)有海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室得到了聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署和教育、科學(xué)及文化組織的協(xié)助，共同對(duì)全球海洋環(huán)境污染的情況進(jìn)行研究。
核能知識(shí)
原子及原子核
世界上的一切物質(zhì)都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電的電子構(gòu)成的。原子核包括質(zhì)子和中子，質(zhì)子數(shù)決定了該原子屬于何種元素，原子的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。如一個(gè)鈾-235原子是由原子核（由92個(gè)質(zhì)子和143個(gè)中子組成）和92個(gè)電子構(gòu)成的。如果把原子看作是我們生活的地球，那么原子核就相當(dāng)于一個(gè)乒乓球的大小。雖然原子核的體積很小，但在一定條件下它卻能釋放出驚人的能量。
同位素
質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同或者說(shuō)原子序數(shù)相同而原子質(zhì)量數(shù)不同的一些原子被稱為同位素，它們?cè)诨瘜W(xué)元素周期表上占據(jù)同一個(gè)位置。簡(jiǎn)單的說(shuō)同位素就是指某個(gè)元素的各種原子，它們具有相同的化學(xué)性質(zhì)。按質(zhì)量不同通?？梢苑譃橹赝凰睾洼p同位素。
鈾同位素
鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素。天然鈾的同位素主要是鈾-238和鈾-235，它們所占的比例分別為99.3%和0.7%。除此之外，自然界中還有微量的鈾-234。鈾-235原子核完全裂變放出的能量是同量煤完全燃燒放出能量的2700000倍。
獲取途徑
核能，是核裂變能的簡(jiǎn)稱。50多年以前，科學(xué)家在的一次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鈾-235原子核在吸收一個(gè)中子以后能分裂，在放出2—3個(gè)中子的同時(shí)伴隨著一種巨大的能量，這種能量比化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量大的多，這就是我們今天所說(shuō)的核能。核能的獲得途徑主要有兩種，即重核裂變與輕核聚變。核聚變要比核裂變釋放出更多的能量。例如相同數(shù)量的氘和鈾-235分別進(jìn)行聚變和裂變，前者所釋放的能量約為后者的三倍多。被人們所熟悉的原子彈、核電站、核反應(yīng)堆等等都利用了核裂變的原理。只是實(shí)現(xiàn)核聚變的條件要求的較高，即需要使氫核處于6000度以上的高溫才能使相當(dāng)?shù)暮司哂袆?dòng)能實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)。
重核裂變
重核裂變是指一個(gè)重原子核，分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等原子量的原子核，引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而釋放出巨大的能量。例如，當(dāng)用一個(gè)中子轟擊U-235的原子核時(shí)，它就會(huì)分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)產(chǎn)生2—3個(gè)中子和β、γ等射線，并釋放出約200兆電子伏特的能量。如果再有一個(gè)新產(chǎn)生的中子去轟擊另一個(gè)鈾-235原子核，便引起新的裂變，以此類推，裂變反應(yīng)不斷地持續(xù)下去，從而形成了裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，與此同時(shí)，核能也連續(xù)不斷地釋放出來(lái)。
輕核聚變
所謂輕核聚變是指在高溫下(幾百萬(wàn)度以上)兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新核并放出大量能量的過(guò)程，也稱熱核反應(yīng)。它是取得核能的重要途徑之一。由于原子核間有很強(qiáng)的靜電排斥力，因此在一般的溫度和壓力下，很難發(fā)生聚變反應(yīng)。而在太陽(yáng)等恒星內(nèi)部，壓力和溫度都極高，所以就使得輕核有了足夠的動(dòng)能克服靜電斥力而發(fā)生持續(xù)的聚變。自持的核聚變反應(yīng)必須在極高的壓力和溫度下進(jìn)行，故稱為“熱核聚變反應(yīng)”。
氫彈是利用氘、氚原子核的聚變反應(yīng)瞬間釋放巨大能量這一原理制成的，但它釋放能量有著不可控性，所以有時(shí)造成了極大的殺傷破壞作用。目前正在研制的“受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)裝置”也是應(yīng)用了輕核聚變?cè)恚捎谶@種熱核反應(yīng)是人工控制的，因此可用作能源。
聚變應(yīng)用
1．可控核聚變的發(fā)生條件
產(chǎn)生可控核聚變需要的條件非?？量獭Ｎ覀兊奶?yáng)就是靠核聚變反應(yīng)來(lái)給太陽(yáng)系帶來(lái)光和熱，其中心溫度達(dá)到1500萬(wàn)攝氏度，另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應(yīng)，而地球上沒(méi)辦法獲得巨大的壓力，只能通過(guò)提高溫度來(lái)彌補(bǔ)，不過(guò)這樣一來(lái)溫度要到上億度才行。核聚變?nèi)绱烁叩臏囟葲](méi)有一種固體物質(zhì)能夠承受，只能靠強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束。此外這么高的溫度，核反應(yīng)點(diǎn)火也成為問(wèn)題。不過(guò)在2010年2月6日，美國(guó)利用高能激光實(shí)現(xiàn)核聚變點(diǎn)火所需條件。中國(guó)也有“神光2”將為我國(guó)的核聚變進(jìn)行點(diǎn)火。
2．核聚變的反應(yīng)裝置
目前，可行性較大的可控核聚變反應(yīng)裝置就是托卡馬克裝置。
托卡馬克是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器。它的名字Tokamak來(lái)源于環(huán)形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由位于蘇聯(lián)莫斯科的庫(kù)爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀(jì)50年代發(fā)明的。托卡馬克的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時(shí)候托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。
新能源
目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但此種能源不僅燃燒利用率低，而且污染環(huán)境，它燃燒所釋放出來(lái)的二氧化碳等有害氣體容易造成“溫室效應(yīng)”，使地球氣溫逐年升高，造成氣候異常，加速土地沙漠化過(guò)程，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重影響。與火電廠相比，核電站是非常清潔的能源，不排放這些有害物質(zhì)也不會(huì)造成“溫室效應(yīng)”，因此能大大改善環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。
世界上核電國(guó)家的多年統(tǒng)計(jì)資料表明，雖然核電站的投資高于燃煤電廠，但是，由于核燃料成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低于燃煤成本，相反核燃料反應(yīng)所釋放的能量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化石燃料燃燒所釋放出來(lái)的能量，而且核燃料取之不盡，這就使得目前核電站的總發(fā)電成本低于燒煤電廠。
持續(xù)發(fā)展
據(jù)估計(jì)，在世界上核裂變的主要燃料鈾和釷的儲(chǔ)量分別約為490萬(wàn)噸和275萬(wàn)噸。這些裂變?nèi)剂献憧梢杂玫骄圩兡軙r(shí)代。輕核聚變的燃料是氘和鋰，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中有40多萬(wàn)億噸氘，足夠人類使用百億年。地球上的鋰儲(chǔ)量有2000多億噸，鋰可用來(lái)制造氚，足夠人類在聚變能時(shí)代使用。況且以目前世界能源消費(fèi)的水平來(lái)計(jì)算，地球上能夠用于核聚變的氘和氚的數(shù)量，可供人類使用上千億年。因此，有關(guān)能源專家認(rèn)為，如果解決了核聚變技術(shù)，那么人類將能從根本上解決能源問(wèn)題。
1．核工業(yè)的主要業(yè)務(wù)范圍
核工業(yè)的主要業(yè)務(wù)范圍包括：鈾礦勘探、鈾礦開(kāi)采與鈾的提取、燃料元件制造、鈾同位素分離、反應(yīng)堆發(fā)電、乏燃料后處理、同位素應(yīng)用以及與核工業(yè)相關(guān)的建筑安裝、儀器儀表、設(shè)備制造與加工、安全防護(hù)及環(huán)境保護(hù)。
2．核燃料循環(huán)及其組成
核燃料循環(huán)是指核燃料的獲得、使用、處理、回收利用的全過(guò)程。它是核工業(yè)體系中的重要組成部分。核燃料循環(huán)通常分為前端和后端兩部分，前端包括鈾礦勘探、鈾礦開(kāi)采、礦石加工（包括選礦、浸出、提取和沉淀等工序）、精制、轉(zhuǎn)化、濃縮、元件制造等；后端包括對(duì)反應(yīng)堆輻照以后的乏燃料元件進(jìn)行鈾钚分離的后處理以及對(duì)放射性廢物進(jìn)行處理、貯存和處置。
3．鈾礦地質(zhì)勘探
鈾是核工業(yè)最基本的原料。鈾礦地質(zhì)勘探的目的是查明和研究鈾礦床形成的地質(zhì)條件，總結(jié)出鈾礦床在時(shí)間上和空間上的分布規(guī)律，并用此規(guī)律指導(dǎo)普查勘探，探明地下的鈾礦資源。普查勘探工作的程序?yàn)閰^(qū)域地質(zhì)調(diào)查、普查和詳查、揭露評(píng)價(jià)、勘探等，同時(shí)還要求工作人員進(jìn)行地形測(cè)量、地質(zhì)填圖、原始資料編錄等-系列的基礎(chǔ)地質(zhì)工作。
分散在地殼中的鈾元素在各種地質(zhì)作用下不斷集中，最終形成了鈾礦物的堆積物，即鈾礦床。了解鈾礦床的形成過(guò)程，對(duì)鈾礦普查勘探具有十分重要的指導(dǎo)意義。并不是所有的鈾礦床都有開(kāi)采、進(jìn)行工業(yè)利用價(jià)值的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已發(fā)現(xiàn)的170多種鈾礦床及含鈾礦物中，具有實(shí)際開(kāi)采價(jià)值只有14～18%。影響鈾礦床工業(yè)的兩個(gè)主要因素是礦石品位和礦床儲(chǔ)量。此外，評(píng)價(jià)的因素還有礦石技術(shù)加工性能、礦床開(kāi)采條件，有用元素綜合利用的可能性和交通運(yùn)輸條件等。
4．鈾礦開(kāi)采
生產(chǎn)鈾的第一步是鈾礦開(kāi)采。其任務(wù)是從地下礦床中開(kāi)采出工業(yè)品位的鈾礦石，或?qū)⑩櫧?jīng)化學(xué)溶浸，生產(chǎn)出液體鈾化合物。由于鈾礦有放射性，所以鈾礦開(kāi)采其特殊方法。常用的主要有三種：露天開(kāi)采、地下開(kāi)采和原地浸出。露天開(kāi)采一般用于埋藏較淺的礦體，方法剝離表土和覆蓋巖石，使礦石出露，然后進(jìn)行采礦。地下開(kāi)采一般用于埋藏較深的礦體，此種方法的工藝過(guò)程比較復(fù)雜。與以上兩種法方法相比，原地浸出采鈾具有生產(chǎn)成本低，勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用有一定的局限性，僅適用于具有一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的礦床。其方法是通過(guò)地表鉆孔將化學(xué)反應(yīng)劑注入礦帶，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)選擇性地溶解礦石中的有用成分--鈾，并將浸出液提取出地表，而不使礦石繞圍巖產(chǎn)生位移。
5.鈾礦石的加工
鈾礦石加工的目的是將開(kāi)采出來(lái)的具有工業(yè)品位或經(jīng)放射性選礦的礦加工富集，使其成為含鈾較高的中間產(chǎn)品，即通常所說(shuō)的鈾化學(xué)濃縮物。將此種鈾化學(xué)濃縮物精制，進(jìn)一步加工成易于氫氟化的鈾氧化物作為下一步工序的原料。
鈾礦石加工的主要步驟包括：礦石品位、磨礦、礦石浸出，母液分離、溶液純化、沉淀等工序。
為了便于浸出，礦石被開(kāi)采出來(lái)后，必須將其破碎磨細(xì)，使鈾礦物充分暴露。然后采用一定的工藝，借助一些化學(xué)試劑（即浸出劑）或其它手段將礦石中有價(jià)值的組分選擇性地溶解出來(lái)。浸出方法有兩種：酸法和堿法。由于浸出液中鈾含量低，而且雜質(zhì)種類多，含量高，所以必須將雜質(zhì)去除才能確保鈾的純度。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，可以選擇以下兩種方法：離子交換法（又稱吸附法）和溶劑萃取法。水冶生產(chǎn)的最后一道工序是將沉淀物洗滌、壓濾、干燥，然后得到水冶產(chǎn)品鈾化學(xué)濃縮物，又稱黃餅。
6．鈾的濃縮
為了提高鈾-235濃度所進(jìn)行的鈾同位素的分離處理稱為濃縮。通過(guò)濃縮可以為某些反應(yīng)堆提供鈾-235濃度符合要求的鈾燃料，現(xiàn)今所采用的濃縮方法有氣體擴(kuò)散法、分離法、激光法、噴嘴法、電磁分離法、化學(xué)分離法等，其中氣體擴(kuò)散法和離心分離法是現(xiàn)代工業(yè)上普遍采用的濃縮方法。濃縮處理是以六氟化鈾形式進(jìn)行的。
7．核燃料元件
經(jīng)過(guò)提純或濃縮的鈾，還不能直接用作核燃料。必須經(jīng)過(guò)化學(xué)，物理、機(jī)械加工等處理后，制成各種不同形狀和品質(zhì)的元件，才能供反應(yīng)堆作為燃料來(lái)使用。核燃料元件種類繁多，按組分特征來(lái)分，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型；按幾何形狀來(lái)分，有柱狀、棒狀、環(huán)狀、板狀、條狀、球狀、棱柱狀元件；按反應(yīng)堆來(lái)分，可以分為試驗(yàn)堆元件，生產(chǎn)堆元件，動(dòng)力堆元件（包括核電站用的核燃料組件）。
核燃料元件一般都是由芯體和包殼組成的。由于它長(zhǎng)期在強(qiáng)輻射、高溫、高流速甚至高壓的環(huán)境下工作，所以對(duì)芯片的綜合性能、包殼材料的結(jié)構(gòu)和使用壽命都有很高的要求?？梢?jiàn)，核燃料元件制造是一種高科技含量的技術(shù)。
8．乏燃料的后處理
經(jīng)過(guò)輻照的燃料元件，從堆內(nèi)卸出時(shí)總是含有一定量未分裂和新生的裂變?nèi)剂?。乏燃料的后處理的目的就是回收這些裂變?nèi)剂先玮?235，鈾-233和钚，利用它們?cè)僦圃煨碌娜剂显蛴米龊宋淦餮b料。此外，回收轉(zhuǎn)換原料（鈾-238，銫-137，鍶-90），提取處理所生成的超鈾元素以及可用作射線源的某些放射性裂變產(chǎn)物（如銫-137，鍶-90等），都有很大的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但此項(xiàng)工序放射性強(qiáng)，毒性大，容易發(fā)生臨界事故，所以，在進(jìn)行乏燃料的后處理時(shí)一定要加強(qiáng)安全防護(hù)措施。
后處理工藝一般分為四個(gè)步驟：冷卻與首端處理、化學(xué)分離、通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化還原出鈾和钚、通過(guò)凈化分別制成金屬鈾（或二氧化鈾）及钚（或二氧化钚）。冷卻與首端處理是冷卻將乏燃料組件解體，即脫除元件包殼，溶解燃料芯塊。化學(xué)分離（即凈化與去污過(guò)程）是將裂變產(chǎn)物從U-Pu中清除出去，然后用溶劑淬取法將鈾-钚分離并分別以硝酸鈾酰和硝酸钚溶液形式提取出來(lái)。
9．三廢處理與處置
在核工業(yè)生產(chǎn)和科研過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些不同程度放射性的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的廢物，簡(jiǎn)稱為“三廢”。在這些廢物中，放射性物質(zhì)的含量雖然很低，危害卻很大。普通的外界條件（如物理、化學(xué)、生物方法）對(duì)放射性物質(zhì)基本上不會(huì)起作用。因此在放射性廢物處理過(guò)程中，除了靠放射性物質(zhì)的衰變使其放射性衰減外，就只能采取多級(jí)凈化、去污、壓縮減容、焚燒、固化等措施將放射性物質(zhì)從廢物中分離出來(lái)，使?jié)饧派湫晕镔|(zhì)的廢物體積盡量減小，并改變其存在的狀態(tài)，以達(dá)安全處置的目的。這個(gè)過(guò)程稱為“三廢處理與處置”。
中國(guó)核能
核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時(shí)電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運(yùn)輸量。例如，一座100萬(wàn)千瓦的火電站每年耗煤三四百萬(wàn)噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是干凈、無(wú)污染，幾乎是零排放，對(duì)于發(fā)展迅速環(huán)境壓力較大的中國(guó)來(lái)說(shuō)，再合適不過(guò)。2008年1-11月，中國(guó)核力發(fā)電行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值22,877，173,000元，比上年同期增長(zhǎng)了5.13%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入22,372，958,000元，比上年同期增長(zhǎng)了12.15%；實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤(rùn)總額10,548，918,000元，比上年同期增長(zhǎng)了78.86%。
中國(guó)正在加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度。積極發(fā)展核電、風(fēng)電、水電等清潔優(yōu)質(zhì)能源已刻不容緩。中國(guó)能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主體，清潔優(yōu)質(zhì)能源的比重偏低。
中國(guó)目前建成和在建的核電站總裝機(jī)容量為870萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)到2010年中國(guó)核電裝機(jī)容量約為2000萬(wàn)千瓦，
大亞灣核電站(5張)2020年約為4000萬(wàn)千瓦。到2050年，根據(jù)不同部門的估算，中國(guó)核電裝機(jī)容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的10%）。
中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)正在制定中國(guó)核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準(zhǔn)備到2020年中國(guó)電力總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)為9億千瓦時(shí)，核電的比重將占電力總?cè)萘康?%，即是中國(guó)核電在2020年時(shí)將為3600-4000萬(wàn)千瓦。也就是說(shuō)，到2020年中國(guó)將建成40座相當(dāng)于大亞灣那樣的百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站。
從核電發(fā)展總趨勢(shì)來(lái)看，中國(guó)核電發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略路線早已明確并正在執(zhí)行，當(dāng)前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆。具體地說(shuō)就是，近期發(fā)展熱中子反應(yīng)堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術(shù)路線，中期發(fā)展快中子增殖反應(yīng)堆核電站；遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上“永遠(yuǎn)”解決能源需求的矛盾。[1]2012年7月，國(guó)務(wù)院公布《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出“到2015年，掌握先進(jìn)核電技術(shù)，提高成套裝備制造能力，實(shí)現(xiàn)核電發(fā)展自主化；核電運(yùn)行裝機(jī)達(dá)到4000萬(wàn)千瓦。包括三代在內(nèi)的核電裝備制造能力穩(wěn)定在1000萬(wàn)千瓦以上。到2020年，形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、裝備制造能力”。2012年9月26日中國(guó)國(guó)家電監(jiān)會(huì)透露，截至2011年底，中國(guó)已有7個(gè)核電站投入運(yùn)營(yíng)，總裝機(jī)達(dá)到1257萬(wàn)千瓦，為2002年裝機(jī)447萬(wàn)千瓦的2.8倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，中國(guó)在建(含擴(kuò)建)核電站13個(gè)，在建裝機(jī)容量3397萬(wàn)千瓦，在建規(guī)模居世界第一。此外，還有一批項(xiàng)目處于前期準(zhǔn)備階段。
反應(yīng)堆
要用反應(yīng)堆產(chǎn)生核能，需要解決以下4個(gè)問(wèn)題：
?、贋楹肆炎冩?zhǔn)椒磻?yīng)提供必要的條件，使之得以進(jìn)行。
②鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須能由人通過(guò)一定裝置進(jìn)行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會(huì)釀成災(zāi)害。
?、哿炎兎磻?yīng)產(chǎn)生的能量要能從反應(yīng)堆中安全取出。
?、芰炎兎磻?yīng)中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對(duì)人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對(duì)核電站工作人員和附近居民的傷害。
核資源
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(chǔ)量約為417萬(wàn)噸。地球上可供開(kāi)發(fā)的核燃料資源，可提供的能量是礦石燃料的十多萬(wàn)倍。核能應(yīng)用作為緩和世界能源危機(jī)的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施有許多的優(yōu)點(diǎn)，其一核燃料具有許多優(yōu)點(diǎn)，如體積小而能量大，核能比化學(xué)能大幾百萬(wàn)倍；1000克鈾釋放的能量相當(dāng)于2400噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的能量；一座100萬(wàn)千瓦的大型燒煤電站，每年需原煤300～400萬(wàn)噸，運(yùn)這些煤需要2760列火車，相當(dāng)于每天8列火車，還要運(yùn)走4000萬(wàn)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(fā)電經(jīng)費(fèi)是0．001美元左右，這和目前的傳統(tǒng)發(fā)電成本比較，便宜許多；而且，由于核燃料的運(yùn)輸量小，所以核電站就可建在最需要的工業(yè)區(qū)附近。核電站的基本建設(shè)投資一般是同等火電站的一倍半到兩倍，不過(guò)它的核燃料費(fèi)用卻要比煤便宜得多，運(yùn)行維修費(fèi)用也比火電站少，如果掌握了核聚變反應(yīng)技術(shù)，使用海水作燃料，則更是取之不盡，用之方便。其二是污染少?；痣娬静粩嗟叵虼髿饫锱欧哦趸蚝脱趸扔泻ξ镔|(zhì)，同時(shí)煤里的少量鈾、鈦和鐳等放射性物質(zhì)，也會(huì)隨著煙塵飄落到火電站的周圍，污染環(huán)境。而核電站設(shè)置了層層屏障，基本上不排放污染環(huán)境的物質(zhì)，就是放射性污染也比燒煤電站少得多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，核電站正常運(yùn)行的時(shí)候，一年給居民帶來(lái)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(qiáng)。從第一座核電站建成以來(lái)，全世界投入運(yùn)行的核電站達(dá)400多座，30多年來(lái)基本上是安全正常的。雖然有1979年美國(guó)三里島壓水堆核電站事故和1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利石墨沸水堆核電站事故，但這兩次事故都是由于人為因素造成的。隨著壓水堆的進(jìn)一步改進(jìn)，核電站有可能會(huì)變得更加安全。
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)到2030年核動(dòng)力至少占全部動(dòng)力的25%。最大的增長(zhǎng)可能達(dá)到100%。
開(kāi)發(fā)價(jià)值
核能俗稱原子能，它是原子核里的核子——中子或質(zhì)子，重新分配和組合時(shí)釋放出來(lái)的能量。核能分為兩類：一類叫裂變能，一類叫聚變能。
核能有巨大威力。1公斤鈾原子核全部裂變釋放出來(lái)的能量，約等于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的化學(xué)能。一座100萬(wàn)千瓦的核電站，每年只需25噸至30噸低濃度鈾核燃料，運(yùn)送這些核燃料只需10輛卡車；而相同功率的煤電站，每年則需要300多萬(wàn)噸原煤，運(yùn)輸這些煤炭，要1000列火車。核聚變反應(yīng)釋放的能量則更巨大。據(jù)測(cè)算1公斤煤只能使一列火車開(kāi)動(dòng)8米；一公斤裂變?cè)峡墒挂涣谢疖囬_(kāi)動(dòng)4萬(wàn)公里；而1公斤聚變?cè)峡梢允挂涣谢疖囆旭?0萬(wàn)公里，相當(dāng)于地球到月球的距離。
地球上蘊(yùn)藏著數(shù)量可觀的鈾、釷等裂變資源，如果把它們的裂變能充分利用，可以滿足人類上千年的能源需求。在大海里，還蘊(yùn)藏著不少于20萬(wàn)億噸核聚變資源——氫的同位元素氘，如果可控核聚變?cè)?1世紀(jì)前期變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這些氘的聚變能將可頂幾萬(wàn)億億噸煤，能滿足人類百億年的能源需求。更可貴的是核聚變反應(yīng)中幾乎不存在反射性污染。聚變能稱得上是未來(lái)的理想能源。因此，人類已把解決資源問(wèn)題的希望，寄托在核能這個(gè)能源世界未來(lái)的巨人身上了
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