核能

如今，有多种可再生和不可再生能源可供选择，其中一些能源易于获取。相比之下，其他形式的能源需要大量的设置才能有效获取和利用。虽然世界正在转向可再生能源，因为它们具有长期的可用性且对环境的危害较小，但这里出现了一些重大问题。所有这些问题中最重要的问题是，哪种可再生能源在可用性、成本效益、对环境的危害较小以及许多其他因素方面是最好的。

所有可用的能源都有其自身的优点，但它们都有局限性。这些局限性导致所有可再生能源对世界总能源需求的贡献有限。不可再生能源易于获取且易于利用，因此它们对总能源需求贡献了很大一部分。核能就是其中一种能源，它可以说是可再生能源，但由于用于核能生产的材料是有限的，因此通常被视为不可再生能源。这里有关于核能的所有信息。

核能简介

原子核或原子中心产生的能量称为核能。原子是构成宇宙中所有物质（包括所有生物）的微小单元，每个原子都包含以下三个部分：

• 电子
• 质子
• 中子

注意：然而，氢原子在这种情况下是一个例外，因为它在基态下只包含 1 个电子、1 个质子，而没有中子。

原子核由质子（带正电荷的粒子）和中子（不带电荷）组成，称为原子核。正是原子核中的能量将质子和中子紧密地束缚在原子核内，这被称为核能。事实上，这种原子核的力，也称为核力，是宇宙中最强的力。原子核中蕴含着巨大的能量，它由质子和中子密集地堆积而成。这种原子的核能可以用于许多目的，但为此，能量必须首先从原子核中释放出来。因此，如果核能被用于满足能源需求，它必须首先从原子核中释放出来，并储存在核能储存装置中。

核能可用于多种目的，但最常见的是通过核电站发电。原子的原子核在其整个生命周期中都会释放核能；这就是为什么说核能是一种可再生能源，但由于用于生产核能的材料（元素）是有限的，所以核能是一种不可再生能源。如果核能被妥善利用并在所需领域使用，它将是满足能源需求的强大来源。但同时，在核能发电过程中也存在许多风险，例如对人类健康、对环境的风险等。

核能：核能的产生

用于生产核能的链式反应称为核裂变，其中原子核分裂成两个较小的部分。在核裂变反应过程中，原子核通常分裂成两个较小的原子核，但有时在此反应过程中也会形成多个原子核。在原子核分裂成两个或多个较小原子核的过程中，原子核会释放出能量，这称为核能。

核裂变是一个自然发生的链式过程，但也可以通过许多设备和技术来启动，以产生核能。核裂变是一种链式反应，其中原子核分裂成两个原子核，而产生的较小原子核又分裂成另外两个原子核。该反应一直持续到较小的原子核无法进一步分解为止。自然发生的核裂变反应非常缓慢，由于其寿命长，需要一年时间才能分解一个原子核。

因此，为了按照人类的能源需求生产核能，需要手动进行核裂变反应。核反应堆是一种可以通过提供所需环境手动启动核裂变反应的设备。除此之外，核电厂也通过安装核反应堆来产生核能。

核电站

核电站是一系列机器或核反应堆，它们安装在那里是为了控制核裂变，从而从过程中释放的核能中产生电能。铀原子颗粒是核电站或核反应堆最常见的燃料，它们通过引发核裂变反应来生产核能。

核反应堆或核电站的工作原理

核反应堆的燃料铀原子在反应堆内部通过裂变反应被迫分裂。当铀原子分裂时，会释放出微小的粒子，称为裂变产物。这些裂变产物导致其他铀原子分裂，从而在核反应堆内部引发链式裂变反应。在这个链式反应过程中，原子会释放出核能，在反应堆中产生热量。核裂变在核反应堆内部产生的热量会加热反应堆的冷却剂。通常，水用作核反应堆的冷却剂，但一些核反应堆也使用熔盐或液态金属作为冷却剂。

当冷却剂被核裂变产生的热量加热时，它会在反应堆中产生蒸汽，产生的蒸汽会驱动涡轮机。之后，驱动发电机或产生电力的引擎的则是这些涡轮机。核毒物是用于调节核反应堆应产生多少电力的材料棒。核毒物棒中使用的材料是氙等元素，因为这些元素能够吸收反应过程中释放的一些裂变产物。氙是一种惰性气体元素，但它可以与放射性元素形成一些复杂的化合物，从而有助于控制裂变链式反应。因此，核反应堆中存在的核毒物棒越多，反应就越受控制，裂变反应的速度就越容易减缓。如果需要从反应堆生产更多电力，则可以从反应堆中移除核毒物棒，以允许更强的裂变链式反应。

根据 2011 年的研究数据，世界上约 15% 的总电力需求是通过核能生产的。美国本土就有 100 多个核电站，但其中大多数电站使用水力发电和化石燃料发电。斯洛伐克、法国和立陶宛等许多国家仅将核能作为主要能源来生产其几乎所有的能源。

铀：核燃料

铀是最常见、最广泛用于核反应堆生产核能的核燃料。其主要原因是放射性铀原子在裂变反应中相对容易分解。除此之外，铀是一种非常普遍的元素，遍布世界岩石中，这使得它的可用性比所有其他放射性元素都便宜得多，也容易得多。然而，用作核能生产燃料的铀原子（U-235）的放射性同位素非常罕见。它仅占全球铀总量的不到 1%。

美国在本国开采一部分用于核能的铀，但这种核燃料的主要来源是从其他铀含量丰富的国家进口的。美国的主要进口国是乌兹别克斯坦、俄罗斯、哈萨克斯坦、加拿大和澳大利亚。一旦放射性铀同位素被开采出来，就必须立即将其与所有其他开采出来的矿物分离，并且这种开采和提炼出的铀在使用前也需要进行处理，才能作为核燃料。

一个核反应堆每年大约使用 200 公斤放射性铀。多年来，已经开发了许多复杂的工艺和技术来重新富集或回收部分铀和钚（另一种核燃料）。这些复杂的工艺减少了对新核燃料的需求，从而有助于减少所需的采矿、提取和加工过程。

注意：由于核反应堆和核武器是由铀 (U-235) 和钚等核燃料制造的，因此并非所有国家都可以进口这些核燃料。只有加入《核不扩散条约》(NPT) 的国家才能进口这些核燃料，因此核能来源仅限于少数几个国家。NPT 委员会，该委员会成立的目的是限制核武器扩散并促进所有成员国和平利用核燃料，目前已有多个国家签署。

核能：优点

提起核能，首先想到的是切尔诺贝利、福岛等核能危机。这使得普通大众对核能的印象不佳，尽管它有许多优点。核能比水力发电、太阳能等其他能源有诸多优势。这使其成为所有可用能源中最受欢迎的能源之一。核能有如此多的优点，如果能够妥善利用，它将能够长期满足世界的所有能源需求。这可能会让许多人感到惊讶，但核能也被认为是生产能源和电力中最环保的能源之一。应该仔细研究核能的优点，以了解它实际上能做什么。

使用核能作为能源进行发电和供电的优点如下：

1) 发电和运营成本低

核电站的运行成本非常低，通过核电站发电和生产能源更便宜。然而，建造核电站的安装和建设成本非常高，但应将其视为更便宜的能源生产的长期初始投资。与传统的化石燃料和石油能源（如 CNG 和煤炭）不同，核能很少出现价格大幅波动。因此，投资核能和核电站非常安全，因为核能的未来价格易于预测。随着技术和核能生产技术的进步，核能的价格可能会进一步降低。

2) 最可靠的能源之一

核能作为一种主要的发电来源的可靠性是其最大的优点之一。核能可以在一天中的任何时间或任何季节产生，而不会影响总产量和效率。这是太阳能和风能的一个巨大限制，因为太阳需要阳光，或者风需要吹才能维持能源生产。这意味着核能可以全年不停地从核电站生产，而不会影响发电厂的效率和总产量，并且在这种情况下不会面临任何延迟。

因此，可以说投资核电站是一项卓越且长期的投资。核电站最可靠的另一个原因是，世界上的铀和其他核燃料足够用上 70-80 年。因此，可以自信地说，核能至少在未来 80 年内是绝对可用的。也许这听起来不长，但与化石燃料相比，这个持续时间要长得多。

3) 零碳排放

核能最大的优点之一是核反应堆不产生任何形式的碳排放。这与传统的能源，如石油和天然气相比也是一个巨大的优势，因为传统的能源每年向大气中排放数吨二氧化碳 (CO2)，对环境造成危害。环境中过多的二氧化碳是气候变化的主要原因之一，所有传统燃料都加剧了这种过量的二氧化碳。因此，像核能这样产生较少二氧化碳和温室气体排放的能源比传统能源要好得多。

事实上，根据核能研究所 (NEI) 的数据，该研究所负责核能和电力方面的研究与开发数据，每年，核能的生产和使用可以阻止约 5.28 亿公吨二氧化碳排放到环境中。阻止 5.28 亿公吨二氧化碳排放到大气中，相当于一年内从道路上移除 1 亿辆汽车。此外，在核能生产过程中释放的其他形式的能量可以用于其他有用的任务，例如在核裂变反应过程中产生的热能用于使其他高耗能行业脱碳。

4) 未来能源供应的希望

在当前情况下，核能存在一些需要解决的障碍和严峻挑战，但随着技术的进步和利用技术的改进，核能长期以来一直是未来能源的希望。说到核聚变，它是核能生产的圣杯，如果这个过程能够安全地控制，就可以通过它产生几乎无限的核能。之所以这么说，是因为核聚变是太阳中发生的反应，并作为太阳的燃料（维持其热量和温度），因此，如果我们学会妥善控制它，就可以用它来产生无限的核能。随着核能领域的研发不断进步，未来很可能会开发出许多技术来安全地控制核聚变过程。

5) 高能量密度

能量源研究表明，核能生产过程中释放的能量是燃烧化石燃料和其他传统能源释放的能量的近一千万倍。因此，可以很容易地得出结论，相比之下，产生所需核能的核燃料（铀和其他来源）用量非常少。而且，与产生相同能量的化石燃料相比，这种核燃料的用量非常少。这也是核能的主要优势之一，因为这一因素也有助于降低核能的生产成本。据估计，一座核电站可以产生数千兆瓦时的能量。

6) 创造就业机会

这对所有利用核能发电和其他能源的开发中国家来说是一个巨大的优势。而且，核能不仅支持发达国家的就业创造。例如，据估计，仅在美国，就有 50 万个工作岗位（直接或间接）依赖于核能生产，并且每年为美国的 GDP（国内生产总值）贡献约 600 亿美元。根据研究数据，一座核电站可以拥有约 700 名工人，他们的工资比当地平均水平高约 30%。此外，核能的生产、制造和分销通过缴纳可观的税款，为国家和联邦政府的收入做出了巨大贡献。

7) 支持国家安全

在当今恐怖主义日益增长的时代，基于核能的武器和军备，如核导弹，正成为支持国家安全的重要来源。核能还为许多面临威胁和与邻国发生土地和地区冲突的国家提供支持。拥有核能后备来源的国家可以与其他国家合作，建立良好关系，并为国家发展核技术方面的新机遇。

以上是核能的主要优点，从以上几点可以看出，核能不仅为国家经济和其他部门的发展做出了贡献，而且被证明是一种清洁能源，可以保护环境免受污染和二氧化碳排放。

核能：缺点

除了其许多优点之外，核能也有许多缺点，这些缺点是科学家们在已经存在核能的情况下还在寻找和研究替代能源的主要原因。以下是核能用于发电和其他目的的一些主要缺点：

1) 放射性废物的产生

核能来源最主要、最常见的缺点之一是生产核能过程中产生的放射性废物。确实，在生产核能时，不会向环境中释放有害或温室气体，但它会产生对人类健康和环境都非常有害的危险废物。核能发电产生的放射性废物由于其释放的核辐射，会保持有害数千年。一旦产生核废物，就没有容易的分解方法，处理这些废物需要高度的关注和安全。迄今为止，已经进行了大量的研究，并在寻找如何处理产生的放射性废物的问题上提出了许多问题。

核电站会持续产生放射性废物，而且由于没有适当的分解方法来分解这些废物，它们开始在核电站内堆积。此外，核电站没有处理这些废物的长期储存空间，因此一旦核电站储存空间耗尽，这将成为一个更大的问题。除了储存问题，许多其他担忧，例如泄漏风险，可能对周围地区和居住在核电站附近的居民的健康造成重大损害，等等，都与这种放射性废物有关。美国联邦政府一直在寻找一个合适的地点来处置这些放射性废物，但尚未找到任何此类地点。这些是与核能生产过程中产生的放射性废物相关的一些主要问题。

2) 不可再生能源

据说核能将持续 80 多年。但最终，核能是一种不可再生能源，这是事实。这是因为核电站用来产生核能的核燃料（主要是铀）数量有限，总有一天会耗尽。铀的开采越多，铀的总量就会消耗殆尽，并且在人类一生中不可能生产出更多的铀。与其他不可再生能源一样，核能也是有限的（可能比其他不可再生能源长，但仍然有限），因此，核能无法完全满足世界的所有能源需求。

就像今天化石燃料等传统能源的有限时间问题一样，在未来几十年里，核能也将面临同样的有限时间问题。因此，不可能完全依赖核能来满足世界的所有能源需求。据估计，如果核反应堆以目前的生产能力运行，大约有 200 年的铀可供使用。但是，由于世界能源需求正在迅速增长，因此不可能以相同的生产能力运行核电站，其生产能力将在未来增加。这最终将导致在反应堆中使用更多的铀，从而开始比预期更快地消耗殆尽。因此，可以得出结论，这个世界甚至没有足够的铀来满足整个 21 世纪的核电站运行需求，这将在未来几年成为一个主要问题。

3) 水密集型

如前文所述，核反应堆需要冷却剂来冷却核裂变反应产生的热量，而水通常用作反应堆的冷却剂。因此，很容易理解在生产核能时需要大量的水。核电站需要大量的水，这些工厂的废水也会造成水污染。根据一家美国公司发布的数据，“2015 年，仅美国的核电站就消耗了 3200 亿加仑的水来生产核能。”这句话清楚地表明，在生产核电的过程中使用了大量的水，而且比煤炭加工用水量还要多。这在今天可能不是一个主要问题，但随着许多地区的水资源变得越来越稀缺，尤其是那些受气候变化影响的地区，这种巨大的水消耗很快将成为这些发电厂的一个主要问题。

4) 核事故和灾难风险

在核电站保持非常严格的安全措施至关重要，否则，一个小错误就可能导致一场大灾难。然而，在核电站工作的人是人，无论他们遵循多少安全规程，仍然发生过许多事故。这是因为在核电站工作的人不是机器，不能遵循一套预定义的算法和规程，而人犯错是很自然的。但是，在核电站这样敏感的地方，这些小错误过去曾导致过重大事故。因此，在核电站工作始终面临核事故和灾难的风险。

即使是核电站的小规模熔毁也会对周边地区造成灾难性影响。三哩岛、切尔诺贝利和福岛灾难等许多此类事件是人类历史上一些著名的核灾难。当发生核熔毁时，存在高风险的辐射泄漏，这将对所有生物（包括人类）的健康产生不利影响，并影响环境。1986 年的切尔诺贝利核灾难，这次事件发生三十多年前，但其影响至今仍然可见。切尔诺贝利事件发生时，周边地区有 4000 至 60,000 人死亡，超过 200 万人因该事件仍有健康问题。如今，切尔诺贝利事件已经过去 30 多年了，但切尔诺贝利禁区内的可访问性仍然非常有限。

5) 对环境的影响

事实是，核能的产生或核电站不会释放任何温室气体，但这并不意味着核电站不会对环境构成任何威胁。核电站通过其他危险元素对环境构成威胁，例如废水排放、核燃料开采等等。核反应堆中使用的核燃料（铀）是通过采矿过程生产和收集的。许多研究表明，采矿对周边地区和环境有许多负面影响。特别是关于铀矿，在此过程中会释放出许多有害元素，如氡和砷。这些元素不仅对环境构成威胁，还会对铀矿所在地周边地区居民的健康产生不利影响。这些元素导致森林和其他植物老化，并影响铀矿周边地区所有生物的健康。

现在，再来看看核电站，它们也会对环境造成其他重大损害。核电站对环境最大的负面影响是这些发电厂造成的 थर्मल污染。大多数核电站通常建在湖泊或海洋等水体附近或之上。核电站使用的水是从这些水体中抽取（称为核反应堆的冷却水），然后用于将蒸汽冷凝回水。之后，在过程中温度升高的废水，从核反应堆产生，被排放到同一水体中。从核反应堆排放到水体中的热水，由于其高温（约 100°F），会改变其中水的化学性质。因此，它使得水体中的水不适合水生生物生存。而且，这种水不能用于饮用和其他日常生活用途。