原子核聚变能量

核电是什么——科普入门之一！

核电是什么？

我们周围的一切物体均由叫做原子的微小物质构成，每个原子的质量均集中于中心（就是我们所说的原子核），原子质量的其余部分是围绕在原子核四周的电子云。质子和中子是组成原子核的亚原子粒子。

在某些情况下，一些原子量非常大原子的原子核可以一分为二，此过程中，原子质量的改变转换成能量，这个转换过程遵守爱因斯坦的著名公式：E=MC2，其中M是质量的改变量，C是光的速度（一个非常大的数字）。

在上世纪三四十年代，人们发现了这种能量，并认识到它作为强大武器的潜力。美国曼哈顿计划成功的开发出这种潜力，并利用这种连锁反应打造出核武器。二战结束后不久，这种新发现的能量又成功应用在海军舰艇的推进动力上，核动力驱动的潜艇可以在不加燃料的情况下行驶一年。这项技术之后被迅速移植到公共部门，开发及建造商业发电核电站，用于电力发电。

今日核电

目前美国核电的发电量占总发电量比例不到20%。目前世界上有超过400个核反应堆（其中大约100个在美国），它们每周24小时不停的发电，而不排放污染物（包括二氧化碳）到大气中。但是，核电发电过程会产生放射性核废料，这些核废料必须进行小心谨慎的进行储藏处理。

核裂变与核聚变

用于能量的产生有两种基本的核反应过程：核裂变和核聚变。

核裂变是大原子量的原子（如铀或钚）分裂成两个小原子的过程，而这两个小原子称为裂变产物。要分裂一个原子，需要利用中子击中它，在这个过程中又会释放一些中子，这些中子继续分裂周围其它的原子，由此产生核链式反应持续释放能量。核裂变反应是两种反应中最先被发现的，目前所有的商业核电站运行均利用此反应产生热量，再转变成电能进行发电。

核聚变是两个小原子量的原子（如氢或氦）的聚合产生更大的原子并伴随能量的释放。核聚变反应可以产生比核裂变更多的能量，而且不会产生一样多的放射性核废料。太阳中发生的就是核聚变反应，一般以氢为原料，反应产物是氦（有趣的是：氦是在太阳中发现的，以希腊太阳神 Helios 的名字命名）。这种核反应尚不能有效的进行商业开发利用，但由于为核聚变能量几乎是无限、低污染和非扩散性的，因此目前是全球的研究热点。

为了充分利用核聚变，许多艰巨的工程和物理学问题必须解决，但解决这些问题的时间轴是不确定的。因此，处于现实需要，我们必须转向其它方向以解决能源问题，至少目前是这样。对核聚变的研究进过几辈人的努力，已经取得了令人激动的巨大进步，人类应该保持这种状态，继续探索下去。

各种燃料能量密度的对比

核反应所释放的能量是惊人的。表1展现了1kg各种燃料能够维持一个100w的灯泡点亮多久。从表中可看到，核反应产生的能量密度非常高（几个数量级的差距）。其中天然铀没有进行铀浓缩处理（0.7%U-235），反应堆铀使用的是5%U-235，如果使用1kg武器级的铀（95%U-235），则可以给整个美国供应能量177秒！。