核能：低碳、高效，助力未来能源革命

2024-05-08 百科知识版权反馈

【摘要】：核能分为两种，一种叫核裂变能，一种叫核聚变能。人类根据核裂变原理，利用反应堆产生的核能作为动力，代替燃烧化石燃料产生的能量，去发电、供热来推动船舰等，其中核电是核能对人类经济的主要贡献。核电站一年产生的二氧化碳是同等规模燃煤电站排放量的1.6%，核电站不排放二氧化硫、氮氧化物和烟尘。未来核电占能源结构的比例将不断增加，核电必然成为新能源的重要组成部分。

二、核能

小小原子核，巨大能量源。在科幻电影里，核能频繁地出现在未来的科技、军事应用之中，它的能量让每个人惊叹不已。而过不了多久，科幻或许就将成为现实，核能可能会出现在社会应用的各个领域，便利人类的生活。

（1)两种核能

核能是人类历史上的一项伟大的发明，它的出现开拓了能源利用的全新领域。从19世纪末发现电子到对放射性元素的探索，从爱因斯坦的质能转换公式到一系列原子核实验，再到1945年美国芝加哥大学成功启动第一座核反应堆，核能的发展经历了漫长的探索、发现和研究。

核能分为两种，一种叫核裂变能，一种叫核聚变能。核裂变能是通过一些重原子核裂变释放出能量，例如，一个铀-235原子核在中子的作用下裂变生成两个较轻的原子核，在这个过程中释放出的能量就是核裂变能。核聚变能是由两个氢原子核结合在一起释放出的能量，例如，氢的同位素氘和氚的原子核结合在一起生成氦，在这个过程中释放的能量就是核聚变能。

核裂变反应

20世纪中期到21世纪初，核聚变主要应用在军事领域，其在能源方面的利用为“受控核聚变”或“受控热核反应”，即通过有控制地缓慢地释放核聚变能达到大规模地和平利用，但由于技术难度大未实现工业化应用。相比之下，核裂变技术更加成熟可控，因此达到了工业应用规模。人类根据核裂变原理，利用反应堆产生的核能作为动力，代替燃烧化石燃料产生的能量，去发电、供热来推动船舰等，其中核电是核能对人类经济的主要贡献。

(2)核能发电

核电是由核能转化为水和水蒸气的内能，然后转化为发电机转子的机械能，最终产生电能。核电站是利用核能发电的新型发电站，其设计的关键是反应堆，链式裂变反应就在其中进行。

核电是一种清洁高效的能源，相对于火电而言，其发电成本普遍低于燃煤、燃油发电成本，而且具有显著的清洁特性。一座百万千瓦的火电站需要260万吨煤，而核电站只需要30吨的铀原料就可以。核电站一年产生的二氧化碳是同等规模燃煤电站排放量的1.6%，核电站不排放二氧化硫、氮氧化物和烟尘。未来核电占能源结构的比例将不断增加，核电必然成为新能源的重要组成部分。(www.chuimin.cn)

未来发展核电的关键是核燃料。核裂变的主要原料是铀，铀是高能量的核燃料，然而陆地上铀的储藏量并不丰富，且分布极不均匀。因此，发展核能必然要向别的领域进军，开发核资源。

核裂变能发电示意图

(3)海洋的核资源

在巨大的海洋水体中，含有丰富的铀矿资源。据估计，海水中溶解的铀的数量可达45亿吨，相当于陆地总储量的几千倍。如果能将海水中的铀全部提取出来，所含的裂变能可保证人类几万年的能源需要。人们已经试验了很多种海水提铀的办法，如吸附法、共沉法、气泡分离法以及藻类生物浓缩法等。这些技术的成熟将使海洋成为人类开发核能最重要的铀资源库。

除了铀资源，海洋中还储藏着大量的氘、氚等轻元素资源，它们的原子核可以在一定的条件下互相碰撞聚合成较重的原子核——氦核，同时释放巨大的核能。一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时，只放出4电子伏特的能量，而氘—氚反应时能放出1780万电子伏特的能量。每升海水中含有0.03克氘，这0.03克氘聚变时释放出来的能量相当于300升汽油燃烧的能量。海水的总体积为13.7亿立方千米，共含有几亿亿千克的氘。这些氘的聚变所释放出的能量足以保证人类上百亿年的能源消耗。而且氘的提取方法简便，成本较低，核聚变堆的运行也是十分安全的。

(4)月球的核宝藏

月球上的土壤中含有丰富的氦-3，氘与氦-3聚变反应释放的能量比氘、氚聚变反应释放的能量还要大，而且采用氦-3的聚变来发电，会更加安全。

在20世纪60年代末和70年代初，美国阿波罗飞船登月时，六次带回368.194千克的月球岩石和尘埃。科学家将月球尘埃加热到3000华氏度时，发现了氦及一些其他物质。经进一步分析鉴定，月球上存在大量的氦-3，如果供人类作为替代能源使用，足以使用上千年甚至上万年。而地球上的氦-3总量仅有10～15吨，可谓奇缺。

在月球开采氦-3宝藏将成为未来一个阶段人类太空勘探项目的主要目标。俄罗斯能源太空公司Energia公司总裁尼克雷•塞瓦斯蒂亚诺夫称：“我们计划2015年前在月球建立永久基地。对稀有同位素氦-3的工业化开采将于2020年在月球开始。”美国目前仍是唯一有宇航员在月球上行走过的国家，美国国家宇航局也将氦-3的存在视为开展月球开发的绝好理由。中国和日本也有意在月球建立基地，两国和美国一样，可能选择在21世纪20年代开始进行月球勘探。

核能：低碳、高效，助力未来能源革命

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