引言：隨著社會發展，能源問題、環境問題逐漸成為人們生活、科研的焦點，因為這不僅關乎人類自身及其後代的問題，還關乎地球發展問題。而當今社會能源主要來自於c的化合物（如石油，煤等），這些能源存在的主要問題是：
不可再生，環境汙染。而核能，雖然不是可再生能源，但較之於傳統能源，有著巨大的潛力：其所含能量密度高，汙染小。
核能正逐漸成為人類能源的主體。
調研內容：
核裂變原理及歷史
核能（或稱原子能）是通過改變質量從原子核釋放的能量，符合愛因斯坦質能方程e=mc2。核能通過三種核反應之一釋放：1、核裂變，開啟原子核的結合力。
2、核聚變，原子的粒子結合在一起。3、核衰變，自然的慢得多的裂變形式。
2023年德國科學家哈恩用中子轟擊鈾原子核，發現了核裂變現象。2023年12月2日美國芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆。2023年8月6日和9日美國將兩顆原子彈先後投在了日本的廣島和長崎。
2023年前蘇聯建成了世界上第一座核電站------奧布靈斯克核電站，其裝機容量為5兆瓦。在2023年之前，人類在能源利用領域只涉及到物理變化和化學變化。二戰時，原子彈誕生了。
人類開始將核能運用於軍事、能源、工業、航天等領域。美國、俄羅斯、英國、法國、中國、日本、以色列等國相繼展開對核能應用前景的研究。核電廠發電的基本原理如下：
利用核反應堆中鈾燃料核裂變連鎖反應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，其他型別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迴路或三迴路的水，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。核能發電所使用的的鈾235純度只約佔3%－4%，其餘皆為無法產生核**的鈾238。
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。動力堆的發展最初是出於軍事需要，後來，由於核濃縮技術的發展，到2023年，核能發電的成本已低於火力發電的成本。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2023年底投入執行。大亞灣核電站於2023年開工，於2023年全部併網發電。
核電優缺點
核電有著無可比擬的優勢：1.核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的汙染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣汙染。
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，燃料費用所佔的比例較低，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。但是，其缺點更不容忽視：
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，雖然所佔體積不大，但因具有放射線，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裡，故核能電廠的熱汙染較嚴重。3.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。
核燃料關於其燃料放方面，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2050噸優質煤。然而陸地上鈾的儲藏量並不豐富，且分布極不均勻。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。
經合組織核能機構(oecd／nea)和國際原子能機構(iaea)近日聯合出版了((2009
年鈾：資源、生產和需求 (即「鈾紅皮書」)。新版鈾紅皮書顯示，全球鈾資源、產量和需求均在**。
由於目前預計核能將在未來數年內獲得相當大的發展，一些國家加大了對鈾礦勘探的投入。資料顯示，在總查明資源量增加的同時，生產成本也增加了。新版鈾紅皮書中的鈾資源資料(截止到2023年1月1日)顯示，全球查明鈾資源總量達到630．63萬tu，i：
[52023年增加約i 5％ ，其中包括那些自20世紀80年代以來首次被納入統計的高成本資源(<260美元／kgu或些資源，必須有乙個強有力的市場。如果現有的鈾礦增產計畫以及新鈾礦建設計畫都能如預期的一樣順利進行，則核電高增長**情景中的全球鈾需求在2l世紀20年代後期之前可以得到滿足。然而，考慮到鈾礦增產計畫和新鈾礦建設計畫所面臨的挑戰和建設週期，預計的產量增加未必能夠全部按期實現。
因此，二次**將是必不可少的，而且應該盡可能通過降低濃縮設施尾料豐度以及發展燃料迴圈技術，節省鈾消耗量。需要指出的是，對供求形勢的**依據的是當前的技術水平，應該認識到，先進反應堆和燃料迴圈技術的推廣應用可以提高鈾的利用率， 甚至可能將鈾資源的利用期限延長到數千年。
核電站現狀
根據日本核能產業協會《世界核能發電開發現狀》報道，截止2023年1月，全球38個國家和地區共擁有核能發電機組432臺(合計輸出功率為3．8916億kw)，其中，美國104臺，日本54臺，俄羅斯27臺，南韓20臺，印度17臺，中國ll臺。若包括在建的和確定要建的140臺，全球將擁有核能發電機組572臺(合計輸出功率為5．289億kw)。在建的66台中，中國和俄羅斯合計佔一半左右，其次是南韓和印度。
另外，在計畫要建的核能發電機組中，日本l2臺，中國lo臺，美國和印度均為8臺。屆時，核能發電機組數量及輸出功率目前排名第l1位的中國將超過俄羅斯，位於第4位(擁有核能發電機組47臺，輸出功率為4758萬千瓦)。另外，阿聯酋、印度尼西亞和越南各計畫建立四台核能發電機組。
包括新興國家在內，全球核能發電機組的安裝計畫正在積極進行中，核能發電裝置的競標也異常激烈。
2023年7月21日，由中核集團中國原子能科學研究院自主研發的中國第一座快中子反應堆— — 中國實驗快堆fcefr)達到首次臨界。這是中國核能領域的重大自主創新成果，標著中國快堆技術實現了重大突破。由此，中國成為世界上少數幾個掌握快堆技術的國家之一。
快中子反應堆形成的核燃料閉合式迴圈，可使鈾資源利用率提高至60％以上，也可使核廢料產生量得到最大程度的降低，實現放射性廢物最小化。國際社會普遍認為，發展和推廣快堆，對於解決世界能源的可持續發展和綠色發展問題具有重大價值。
關於核電站的汙染問題及治理
核裂變可產生電離輻射，電離輻射，就是由能通過初級過程或次級過程引起電離的帶電粒子或不帶電粒子組成的，或者由它們兩者混合組成的輻射。電離輻射能引起細胞化學平衡的改變，某些改變會引起癌變。電離輻射能引起體內細胞中遺傳物質dna的損傷，這種影響甚至可能傳到下一代，導致新生一代畸形，先天白血病在大量輻射的照射f，能在幾小時或幾天內引起病變，或是導致死亡。
在核電站去汙是為了：降低放射性照射量、**利用舊裝置和舊材料、減少需要送往擁有許可證得埋藏設施內處置的裝置和材料的體積、使場地和設施或區域性恢復到不受限制使用的狀態、去除鬆散的放射性汙染物和將殘留的汙染物固定在遠處，以便為監護封存或永久處置活動做好準備、為了公眾的健康和安全或縮短監護封存期而降低監護封存中的殘餘放射源數量。目前，國內外針對核電站金屬裝置表面的清洗淨化，主要有噴砂清洗、超聲波清洗、乾冰清洗、化學清洗以及電化學清洗等方法。
總的看來，國內常用的噴砂清洗、乾冰清洗、超聲波清洗、化學清洗方法都存在諸如去汙因子低、處理溫度高、處理時間長、處理時產生的放射性汙水多等缺點。電化學清洗方法具有去汙因子高、處理溫度低、處理時間長、處理時產生的廢水少等特點 ，是一項有望取代傳統化學清洗方法的新技術。
對未來的展望——可控核聚變
輕核聚變是指在高溫下(幾百萬度以上)兩個質量較小的原子核結合成質量較大的新核並放出大量能量的過程，也稱熱核反應。它是取得核能的重要途徑之一。由於原子核間有很強的靜電排斥力，因此在一般的溫度和壓力下，很難發生聚變反應。
而在太陽等恆星內部，壓力和溫度都極高，所以就使得輕核有了足夠的動能克服靜電斥力而發生持續的聚變。自持的核聚變反應必須在極高的壓力和溫度下進行，故稱為"熱核聚變反應"。氫彈是利用氘、氚原子核的聚變反應瞬間釋放巨大能量這一原理製成的，但它釋放能量有著不可控性，所以有時造成了極大的殺傷破壞作用。
目前正在研製的"受控熱核聚變反應裝置"也是應用了輕核聚變原理，由於這種熱核反應是人工控制的，因此可用作能源。
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，同時釋放巨大的核能。乙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。每公升海水中含有 0.03克氘。
這0.03克氘聚變時釋放出采的能量相當於300公升汽油燃燒的能量。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，核聚變堆的執行也是十分安全的。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。2023年11月9日，由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乙個里程碑。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。
「受控核聚變能產生如同太陽內部的環境．這一目標很久以來就被認為可能是一項根本性的能源革命。但是．在將強大的雷射用於聚變能時．還存在一些疑惑．因為由雷射所產生的「等離子體」會阻斷聚變的進行。而《科學》雜誌上的一篇文章認為，等離子體問題還遠不是我們所面對的全部問題。
，最近的實驗證明，等離子體沒有降低黑體輻射空腔吸收入射雷射的能力：它吸收了約95％的能量。。雷射一等離子體間的相互關係已證明，其問題要比預期的少． 而不是比預期的多。
核能的優缺點
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