核能简介

核能简介
发展史
核能是人类历史上的一项伟大发明，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。

19世纪末英国物理学家汤姆逊发现了电子。

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新的放射性元素钋。

1902年居里夫人经过4年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。

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核电站------奥布灵斯克核电站在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。

二战时，原子弹诞生了。

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对核能应用前景的研究。

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2400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，这和目前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。

核能利用
利用核反应堆中核裂变所释放出的热能可以用于发电，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个大气压左右的过饱和蒸汽，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，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。

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。

核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其馀皆为无法产生核分裂的铀238。

举例而言，核电厂每年要用掉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。

核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。

动力堆的发展最初是出于军事需要。

1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦(电)的核电站。

英、美等国也相继建成各种类型的核电站。

到1960年，有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。

由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。

核能发电真正迈入实用阶段。

1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。

80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。

到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16%。

世界上第一座核电站—苏联奥布宁斯克核电站.中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。

中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。

大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。

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。

核能发电的优点在于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。

核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳，发电所使用的铀燃料，除了发电外，暂时没有其他的用途。

但是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。

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。

但是核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。

另外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。

核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。

而且核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

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。

目前，世界各地的研究人员正在开发宽度小于人的头发的微型装置，用于从生化传感器到医学植入体的各种用途。

但这方面存在着一个障碍：目前还没人能拿出一种与这么小的微型机械装置相匹配的能源。

任何一个随身携带过使用五磅重电池、而自重仅一磅的便携式电脑的人都该明白这句话的意思。

为了实现这些装置的全部潜在用途，需要有这样一种能源，它既能提供强大的动力，又要小得足以安装在同一块芯片上。

现在，威斯康星大学的一组工程师相信他们也许找到了正确的方法。

他们已经开始了一个利用核能来提供能量的项目，但这些发电机将与向家庭和工厂提供电力的带穹顶的核电厂完全不同。

这些微型装置的能源不是靠转动的涡轮机来发电，而是利用微量的放射性物质，通过它们的衰变来产生电能。

以前也有过这种做法，但规模要大得多。

人们曾用这种方法给从心脏起搏器到探索太阳系外层黑暗空间的航天器等各种装置提供能源。

威斯康星大学的核能工程教授詹姆斯·布兰查德说：“以前还从没在我们现在所讨论的规模上做过这种事。

”布兰查德所领导的研究小组正设法开发这项技术，这项研究得到了美国能源部一项45万美元的拨款。

尽管单单提起核能就会使一些人的后背生出丝丝凉气，但研究人员称他们的发电机只使用极少的放射性物质，安全应该不是问题。

布兰查德说，最适合这种技术的元素是1898年由居里夫妇发现的钋。

放射性物质已广泛应用在许多装置中，包括烟雾探测器。

另外一些复印机上也使用条状的放射性物质消除纸张间的静电。

但如果核电要成为未来的微型“机器”的能源，这项技术必须缩小到微观水平。

布兰查德说，用放射性材料发电可以有两种方法。

放射性材料衰变时发出的热量可以使一些物质放出电子，从而形成电能。

但研究小组倾向于一种更直接的方法。

布兰查德说：“当放射性同位素衰变时，它会释放出带电粒子，这样你就能直接俘获这些带电粒子，利用它们产生电能。

”他说，相对于这些装置的规模而言，这些粒子产生的电压是非常高的。

布兰查德说，他的研究小组并没有直接考虑这些微型装置的用途。

他认为，一旦有了一种合适的能源，其他人将会想出许多用途来。

事实上，世界各地有数十个实验室已经在研制被称作MEMS的微型机电设备，它是当今高科技领域的关键课题之一。

布兰查德在这个项目中的同事、电气工程学教授阿米特·拉尔说，一旦有了合适的能源，将会产生“以前根本不可能的许多用途”。

这项技术最直接的应用很可能是用来研制各种各样的微型传感器。

一种合适的能源能够用无线联络的方式把数以百计的微型传感器联系起来，这是一项在军事上很有潜力的用途。

这样的传感器小至肉眼无法看到，可以在恶劣环境中探测化学物质的存在。

布兰查德说：“假如它们发现了它们不喜欢的化学物质，它们能向某个中心位置发回信号，这样人们不用到现场就能找到这些化学武器了。

”这些传感器也能用来探测工厂内微量的有害化学物质和气体。

一个有趣的前景是我们可以把这些传感器造得很小，把它们混入重型机械上使用的润滑油中，以便探测什么时候需要对机器进行保养。

拉尔说：“最大的影响可能是把这些传感器系统结合到日常系统中，从而使日常系统变得更加可靠、安全和智能。

核能不仅可以造福于人类他同样可以用于制造核武器，随着军事技术的发展愈来愈多的国家有能力研制核武器，因此世界各国争相进行核武器的研究。

作为维持世界安全的联合国安理会五个常任理事国（中国恢复这个席位稍晚一些），也是世界上最大的核武器拥有国，在相当长的一段时间内，维持了世界上的核平衡。

可是，这个核平衡和核态势，却先后被以色列、印度、巴基斯坦和朝鲜所打破。

以色列拥有核武器早就是“公开的秘密”，说它是“秘密”，是因为以色列政府从来没有公开承认或者否认过。

由于以色列在核武器问题上一直采取“模糊政策”，但事实上以色列已经拥有几百枚核弹头，位列全球核武力量的第六位，仅次于5个公认的核武器大国。

印度是世界上较早意识到核能源潜力的国家，经过几十年的努力，直到1974年印度政府才引爆了所谓的“用于和平目的”的核装置。

1998年5月，印度连续引爆5枚核武器核武器，从此成为有核国家，并着手发展所谓“三位一体”的核力量。

1971年印巴战争之后，巴基斯坦开始秘密实施核武器发展计划。

伊朗核能开发活动开始于20世纪50年代，当时得到了美国等国支持。

1980年美伊断交后，美国多次指责伊朗以和平利用核能为掩护秘密发展核武，并开始采取遏制措施。

2003年2月，伊朗宣布发现并提炼出核电站用铀。

由于美国的强硬政策，2006年1月，伊朗恢复了中止两年多的核燃料研究工作。

3年后，伊朗宣布已有5000多台离心机在运转。

国际社会预计，如果伊朗继续进行核材料的浓缩工作，大概不会超过一年的时间，伊朗就会拥有足够制造一颗核弹头的核材料。

此外，
还有以下几个国家和地区被国际社会认为具有研制核武器的能力：阿根廷、巴西、智利、墨西哥、阿尔及利亚、南非、埃及、日本、韩国、缅甸、欧洲各国(除斯洛伐克，希腊，斯洛文尼亚，克罗地亚等十几个小国)，以及我国台湾地区。

目前世界上还有约50枚核弹头“躺”在大洋深处，它们或许随时都有发生爆炸的可能。

如果因为意外（注意不是发动核战争或者核试验）某个国家在边境地区爆炸了一枚核弹头，这有可能引起两种后果，其一就是引发领国误判，认为这个国家已经发动核战争，特别是敌对情绪很大的被公认为世界上最有可能首先爆发核战争的地区，如印巴边境、朝韩边境或者中东地区，就可能引起很严重的后果。

如果双方都拥有核武器，则就可能引发核战争；如果其中一方拥有核武器，则另一方也必然会拥有非常的反击手段，很可能会采取首先袭击对方的核设施或者重要战略目标，从而造成冲突双方进入全面战争状态。

其二可能造成邻国认为对方在进行核威胁，核爆炸所造成的放射性物质可能给邻国带来严重后果，从而造成两个国家兵戎相向，极易引起局部冲突。

同时，这种爆炸还可能被认为是首先使用核武器的信号，如果这种行为被效仿，则核武器投入实战的门槛将会进一步被降低。

引发核恐怖不是梦想从核武器诞生至今的近50多年里，除了美国投向日本的两颗原子弹外，人类还没有其他使用核武器的纪录。

但是，却有好几次因为各种原因，人类差点再次走向核战争的边缘，如朝鲜战争、古巴导弹危机、第四次中东战争都曾发生过这样的危机。

此外，还有一个“小差错”曾经差点引发美苏核大战。

1979年，美国科罗拉多州夏延山的空军监测基地工作人员突然在雷达屏幕上看到，2000多枚苏联核导弹正向美国本土飞来！该基地官员立即向当时的美国总统卡特汇报，卡特立即要求对这个情报予以核实。

让人惊讶的是，其他地面情报站的雷达屏幕上却是空空如也。

原来, 不知是谁将一盘模拟苏联导弹袭击的录像带错误地放进基地的监测器中。

之后，随着东西方冷战的结束，世界变得相对安全了，再次爆发上述核战争的可能已经大大降低了。

但是，在世界进入反恐时代之后，随着各国核能事业的不断发展，核材料的应用领域和得到核材料的机会大增。

一些恐怖分子或恐怖组织觊觎核材料与核技术，并以此制造“脏弹”或者其他核装置来制造核恐怖事件，已经成为国际社会又一重大安全担忧，这也是美国总统奥巴马倡导“无核”世界的动力之一。

在一些军备专家的眼里，恐怖组织拥有核武器的威胁，是一种“可能性很低，后果很严重”的安全隐患。

因为从技术上来说，要想自己制造或者通过走私获得能够制造核武器的核材料，都非常难，但是恐怖组织一旦获得核材料，那对全球很多国家的人民生命和财产安全将是个噩梦。

目前专家们担心恐怖组织制造核恐怖的场景主要有4个：恐怖分子直接偷取核武器使用或威胁使用；盗取几个关键的零部件和核心技术资料，并通过黑市网络非法购得核材料，自己组装原子弹；攻击现成的核设施，造成放射性泄漏；用非法渠道获得的放射性材料，制造并爆炸放射性“脏弹”。

这种武器可通过使用常规炸药的非核爆炸方式散布放射性物质，从而制造放射性核灾难。

美国有证据显示，“基地”组织过去15年来一直在积极寻求核武器。

他说，“基地”组织等恐怖组织清楚，如果他们掌握武器级核材料，并成功制造出核武器，就能拥有前所未有的威胁各国安全与国际秩序的能力，同时将拥有杀伤成千上万民众的能力。

美国联邦调查局反恐专家威廉姆斯在专著中也透露，“基地”组织在1988年就开始对核武器发生兴趣。

从1990年最初的5名土库曼斯坦核专家开始，“基地”组织的“核武器小组”逐渐壮大到了近百人，并在坎大哈成立了一个“相当先进”的秘密核实验室。

据不完全资料显示，自上世纪90年代以来，全球已发生过18起记录在案的核材料盗窃和丢失事件。

近年来，美国一直在担心巴基斯坦的核武器或核材料落入恐怖分子手中。

“基地”组织三号人物穆斯法·阿布·耶齐德在接受半岛电视台访问时曾威胁说，如果有必要的话，该组织将利用巴基斯坦的核武器对付美国。

安全核能
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。

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。