什么是核能？核电科学
什么是核能？核电科学
核能作为清洁能源的重要组成部分，近年来在全球能源转型中扮演着越来越重要的角色。然而，对于大多数人来说，核能仍然是一个神秘而复杂的领域。本文将从核裂变原理、核电站工作流程、铀的开采与处理、核废料管理以及核能在应对气候变化中的作用等方面，为您全面解析核能的基本知识。
什么是核裂变？
核裂变是一个原子核分裂成两个或多个更小的原子核并释放能量的一种核反应。例如，当一个铀-235原子核被一个中子撞击时，分裂成两个更小的原子核，如一个钡原子核、一个氪原子核和两个或三个中子。这些额外的中子将撞击周围其他铀-235原子，这些铀-235原子也将以倍增效应分裂并产生额外的中子，从而在瞬间产生链式反应。
每次反应发生时，都有热和辐射形式的能量释放。释放的热可以在核电厂被转化为电，如同煤、天然气和石油等化石燃料产生的热被用于发电那样。
世界上使用最多的是压水堆。（图片：瓦加斯/原子能机构）
核电厂是如何工作的？
在核电厂内部，核反应堆及其设备包容并控制以最常用的铀-235作为燃料的链式反应，通过裂变产生热。所产生的热使反应堆冷却剂（通常是水）升温，产生蒸汽。蒸汽随即被导入旋转涡轮机，驱动发电机生产低碳电力。
有关不同类型核动力堆的更多详情可在本页查阅。
世界上使用最多的是压水堆。（图片：瓦加斯/原子能机构）
铀的开采、浓缩和处置
铀是存在于世界各地岩石中的一种金属。铀有几种天然存在的同位素，同位素是一种元素的不同形式，它们的质量和物理性质不同，但化学性质相同。铀有两种原生同位素：铀-238和铀-235。铀-238在全世界铀中占大多数，但它不能产生裂变链式反应，而铀-235可通过裂变产生能量，但它在全世界铀中占比不到1%。
为了使天然铀更容易发生裂变，有必要通过一个称为铀浓缩的工艺来增加给定样品中铀-235的含量。铀经过浓缩，可以在核电厂作为核燃料有效地使用三至五年，此后它仍然具有放射性，因此必须按照严格准则进行处置以保护人类和环境。使用过的燃料也被称为乏燃料，还可以被回收制成其他类型的燃料，在特殊核电厂中作为新燃料使用。
什么是核燃料循环？
核燃料循环是通过多个步骤在核动力堆中利用铀生产电力的工业过程。该循环始于铀矿开采而终于核废物处置。
核废物
核电厂的运行产生放射性水平不同的废物。根据它们的放射性水平和用途，以不同的方式对其进行管理。观看下面的动画，以了解有关该主题的更多详情。
放射性废物管理
放射性废物占所有废物的一小部分。它是每年数以百万计医疗程序、利用辐射的工业和农业应用以及发电量占全球电力约10%的核反应堆的副产品。本动画说明如何管理放射性废物，以保护人类和环境在当前与未来免受辐射。
下一代核电厂也被称为革新型先进堆，将产生比当前的反应堆少得多的核废物。预计到2030年，这种先进堆可能将进行建设。
核电与气候变化
核电是一种低碳能源，因为与煤、石油或天然气发电厂不同，核电厂实际上在运行中不产生二氧化碳。核反应堆生产了全球近三分之一的无碳电力，对实现气候变化目标至关重要。
欲了解更多关于核电与清洁能源转型的信息，请阅读这一版国际原子能机构《通报》。