而世界上水能资源有限，而且受气候、季节有关因素的影响，水电增长的潜力也很有限。太阳能、风能和生物质能是可再生能源，应该大力发展这些能源。但由于不能持续供应、能量转换率低、经济性不够等，当前太阳能、风能发电总和只占世界上总发电量的1 %左右，在今后一段时间内也很难成为主力能源。生物质质能主要是从玉米、小麦等粮食中提取的，过度发展将造成粮食紧张，可能会得不偿失。那么几十年或几百年后，人类将依赖何种能源呢?目前看来，最有希望的能源将是受控核反应提供的核能。

　　威力无穷的核武器

　　取之不尽，用之不竭的核能

　　提起核能，人们往往首先想到杀伤力大、破坏性强的原子弹。由于第二次世界大战中它曾将日本的广岛、长崎夷为平地，加之战后两个超级大国长期进行核军备竞赛和核恐怖宣传，使得它恶名昭著。核能的成就虽然首先被应用于军事目的，但其后就实现了核能的和平利用，其中最重要也是最主要的是通过核电站来发电。

　　核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站。

　　核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。

　　核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，并通过电网传送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。

　　核能即原子能，它是原子结构发生变化而释放的能量。通常的化学反应，仅涉及原子与原子之间相互结合关系的变化，而原子核不发生变化。在原子核反应中，原子核的组成部分(中子和质子)的相互关系发生变化。由于这些粒子之间结合的紧密程度，远远大于原子间结合的紧密程度，因此核反应中的能量变化比化学反应大几百万倍。

　　核能有巨大的威力，1公斤铀原子核全部裂变释放出的能量，约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。一座100万千瓦的核电站，每年只需25～30吨低浓度铀核燃料，而相同功率的煤电站，每年则需要有300多万吨原煤，这些核燃料只需10辆卡车就能运到现场，而运输300多万吨煤炭，则需要1000列火车。核聚变反应释放的能量更可贵。有人作过生动的比喻：1公斤煤只能使一列火车开动8米，1公斤铀可使一列火车开动4万公里;而1公斤氚化锂和氘化锂的混合物，可使一列火车从地球开到月球，行程40万公里。地球上蕴藏着数量可观的铀、钍等核裂变资源，如果把它们的裂变能充分地利用起来，可满足人类上千年的能源需求。在汪洋大海里，蕴藏着二十万亿吨氘，它们的聚变能相当于几万亿亿吨煤，可满足人类百亿年的能源需求。

　　核电的产生及优越性

　　1951年，美国首次在爱达荷国家反应堆试验中心进行了核反应堆发电的尝试，发出了100 kW的核能电力，为人类和平利用核能迈出了第一步。此后不久，1954年6月，原苏联在莫斯科近郊建成了世界上第一座向工业电网送电的核电站，但功率只有5000kW。1961年7月，美国建成了第一座商用核电站——杨基核电站.该核电站功率近300MW，发电成本不到1美分，显示出核电站强大的成本优势。

　　核电的迅速发展，是由核电自身的优越性决定的。 核电是浓集、清洁、安全和经济的能源.首先，核能是高度浓集的能源，核电站可建立在最需要用电的地方，不受燃料运输的限制.l公斤铀裂变产生的热量相当于1公斤标准煤燃烧后产生热量的270万倍.因此，核电站特别适合于缺乏常规能源而又急需用电的地区。核能是后备储量最丰富的能源，铀在地球上的储量相当丰富，等于有机燃料储量的20倍。

　　核能是清洁的能源，有利于保护环境。目前，世界上80%的电力来自烧煤或烧油的火力发电站，燃烧后的烟气排放到大气中严重污染环境.相同规模的火电站释放出的放射性比核电站大几倍.煤燃烧后排放的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和苯并芘，容易形成酸性雨，使土壤酸化，水源酸度上升，对植物及水产资源造成有害影响，破坏生态平衡，苯并芘还是一种强致癌物质.一个成年人每天要呼吸约14公斤的空气，火电站污染造成的死亡几率是相同规模核电站的400倍.同时大气中二氧化碳浓度增加还导致大气层的“温室效应”.另外，煤和石油又是重要的化工原料，大量烧掉十分不利于化学工业的发展，是十分可惜的浪费。因此说，核能发电相对于其他能源发电方式来说是清洁的。

　　核反应堆发电是和平利用核能主要方式

　　核反应堆与核电站技术的发展

　　核能工业是在第二次世界大战期间发展起来的.当时全力制造核武器以满足军事需要。自上世纪50年代以来，原子能用于和平事业有了飞速发展，出现了能维持可控自持核裂变链式反应的装置即核反应堆。

　　而随着技术的进步，核反应堆类型和数量日益增多.按照核反应堆的用途分类，大体可分为下列几类：

　　(1)生产堆

　　主要用于生产易裂变材料和其他材料，或用于工业规模的辐照，称为生产堆.50年代建成的第一批石墨水冷堆和天然重水堆，都是生产军用239Pu，也就是使天然铀中大量的238U(铀)(在堆内吸收中子转化成239Pu.239Pu(钚)是一种易裂变物质，可用作核武器原料，此外，还可把锂(Li)放在堆内受中子辐照而产生氚(H)，氚是氢弹的重要原料。

　　(2)试验堆

　　主要是为取得设计或研制一座反应堆或一种堆型所需的堆物理或堆工程数据而运行的反应堆.例如用于核物理、放射化学、生物、医学研究和放射性同位素生产等，也可以用于反应堆元件、结构材料考验以及各种新型反应堆自身的静、动态特性研究等等。

　　(3) 动力堆

　　用于生产动力(发电、推进、供热)的反应堆称为动力堆，如核电站、核供热、核潜艇等所用的反应堆就是这种类型.目前常用的动力堆型分为四大类：

　　①石墨气冷堆——包括最早的镁诺克斯堆，改进型气冷堆及高温气冷堆.该反应堆是以石墨为慢化剂，气体作冷却剂的堆型.

　　②轻水堆 轻水堆有两种类型，一是沸水堆，一是压水堆。

　　③重水堆 重水堆是以天然铀作燃料，以重水堆作慢化剂的堆型。

　　④钠冷快堆 钠冷快堆就是钠冷却快中子堆。

　　不同类型的核反应堆，相应的核电站的系统和设备有较大的差异.以压水堆为例，核电站是由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统组成.核反应堆是核电站动力装置的重要设备，同时，由于反应堆内进行的是裂变反应.因此它又是放射性物质的发源地。一回路系统由反应堆、主循环泵、稳压器、蒸汽发生器和相应的管道、阀门及其他辅助设备所组成，它形成一个密闭的循环回路，将核裂变所释放的热量以水蒸汽形式带出.二回路系统是将蒸汽的热能转化为电能的装置，并在停机或事故情况下，保证核蒸汽系统的冷却.辅助系统的主要作用是保证反应堆和回路系统能正常运行，为一些重大事故提供必要的安全保护及防止放射性物质扩散的措施。

　　核能发电具有高度的安全性和可靠性

　　核能是安全的能源。一座反应堆运行一年称为一堆年，截至2002年底，全世界核电机组累计运行了10697个堆年，总共发生过两起重大事故，即三里岛核电站事故和切尔诺贝利核电站事故。

　　1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站发生了重大事故，不少人对核电站的安全问题更是谈虎色变。他们甚至在核电站和核弹之间划上等号。其实这是由于对核电不了解造成的。经过几十年的发展和完善，核电站已成为最安全的部门之一。

　　核电站不能与核弹相提并论。因为核弹发生爆炸必须有两个条件，一是高浓度的裂变物质──含量在90%以上的铀255或钚239;二是复杂精密的引爆系统。而核电站和核供热装置的心脏──核反应堆所用的核燃料是低浓度的裂变物质，铀含量在3%左右;不仅没有引爆装置，而且自身还有一整套安全控制系统。没有引起爆炸的内因和外因，因此不会发生爆炸。

　　那么切尔诺贝利核电站事故是怎么回事呢?这主要和放射性物质外逸有关。因为核反应堆设计的工作条件不稳定，温度自控能力差，产生了功率骤增，燃料烧毁，堆壳破坏。使作为减速剂的高温石墨与空气接触发生猛烈燃烧，防护装置破坏，致使大量放射性物质外逸，造成约30人死亡的灾难性事故。这些情况在压水反应堆就不会出现。

　　人们往往担心核电站的核辐射对人体的伤害。其实，在正常运行情况下，核电站对周围公众产生的辐射剂量远远低于天然本底的辐射水平。在我国，国家核安全法规要求核电站在正常运行工况下对周围居民产生的年辐射剂量不得超过0.25毫希，而核电站实际产生的辐射剂量远远低于这个限值。大量的研究和调查数据表明，核电站对公众健康的影响远远小于人们日常生活中所经常遇到的一些健康风险，例如吸烟和空气污染等等。因此，核电站在正常运行情况下的环境安全性已被人们所广泛接受。

　　经过探索和努力，人们为确保核电站安全，制定了严格的规章制度和严密的保障措施。

　　(1)确保核电站安全的四道屏障

　　目前世界上多数裂变反应堆是压水堆。为防止放射性物质外逸，压水堆中有四道安全屏障：第一道是将核燃料制成粉笔头大小的二氧化钠陶瓷块;这些陶瓷块再叠放在第二道屏障──密封的锆包壳内，制成燃料棒。棒与棒之间是循环水，含铀陶瓷块可耐2800℃的高温，既不会烧成灰烬，也不会熔化，98%的放射性裂变产物会保留其中而不外逸。燃料棒组成的堆芯及换热器密封在钢制压力壳内，形成第三道屏障。压力壳外面是厚1米左右的钢制安全壳，这就是第四道屏障了。即使压力壳万一泄漏，带放射性的冷却水也会被限制在安全壳内。因此，人们根本不用担心放射性物质外逸造成危害。切尔诺贝利悲剧不会在这些核反应堆重演。

　　(2)可靠严密的核电站安全法规和措施

　　据专家分析，原苏联切尔诺贝利核电站是采用的是早期核电技术，安全设施较差，没有安全壳。而事故的直接原因是由于在进行某一试验时违反操作规程，导致信号指示和控制系统没有起作用。因此，才会酿成悲剧。

　　如今国际原子能机构和各国的国家安全部门都建立了一系列的安全法规和准则，对核电站的安全进行了严格的管理。

　　例如：为确保核安全，核电站的设计遵循“纵深防御，多重保护和多样性”的原则。例如，重要工艺参数和设备尺寸都留有充分的裕度，具有相当大的安全系数。关键的控制系统和仪器仪表都同时有两套或两套以上，一旦一套发生故障，另一套立即自动投入运行。反应堆运行一旦出现异常，快速停堆系统立即起作用，安全棒快速降落，使反应堆停堆。一旦发生事故，一套完善的专设安全设施自动投入运行，从各方面限制事故的发展。此外，核电站从选址、设计、建造到运行和退役，每个阶段都有严密的质量保证大纲，每一阶段的每项具体活动都有专门的质量保证程序。核电站还实行内部和外部的检查制度。监督检查质量保证大纲与程序的实施情况及是否起到应有的作用。核电站对工作人员的培训、考核和任用也十分严格。

　　随着研究的深入和运行经验的不断积累，核电站的运行安全水平将不断提高，而未来的先进核电站将具有更高的安全水平。

　　全球核电发展的现状和前景

　　近年来，由于经济的高速发展与能源洪应的矛盾日趋突出，同时，传统的能源工业造成的环境污染及温室效应严重威胁人类生存环境。一些经济发达的国家，不仅是缺乏常规能源的国家如法国、日本、意大利等发展核电站，而且常规能源非常丰富的国家如美国、加拿大等也在大力发展核电站。截至2005年底，全球正在运行的核动力堆总数达到443个，核发电量约占世界发电总量的16%。其中美国运转的核电站总数达109座，核发电量创下了6730亿千瓦小时的最高记录，在美国电力生产中核电比例达22.5%.法国核发电量比前年增长4.9%，达3580亿千瓦小时，运行中的56座核电站发电量占全国总发电量76%，而且去年出口核电达700亿千瓦小时.核电已成为法国第六大出口产品。日本由于其常规能源资源短缺，对核电的开发大为重视，目前运转中的51座核电站，供应全国28%的电力总需求，而且日本有关部门计划到2000年将核电量提高33%。

　　世界各国对未来核电的发展制定了长久的规划。俄罗斯计划到2030年在国内新建58台核电机组，使核发电占总发电量的比例从现在的16 %提高到25 %，并在国外投标建设40-50台核电机组;美国计划到2050年新建核电机组100座;日本计划到2030年新建10座核电机组，使核电装机容量达到6286万千瓦 韩国计划到2015年新建12座核电机组印度计划到2020年核电装机容量达到2900万千瓦，比现在增加8倍多;到2050年达到27500万千瓦。

　　我国的原子能科学技术，虽然起步晚，但经过30多年的努力，已具有雄厚的基础，自上世纪60年代以来，我国成功地爆炸了原子弹、氢弹和研制成核潜艇.至今，原子能开发利用技术已达到一定的水平，它为核电的建设打下了良好的基础，而社会发展带来的高电力需求使中国十分有必要迅速发展核电，加快发展核电因此成为解决中国电力供应问题的必然选择。1991年12月15日，我国自行设计的秦山核电站一期工程30万千瓦压水堆机组并网发电成功.1993年底，广东大亚湾核电站已经成功运行.1995年，秦山核电站发电22亿千瓦时，大亚湾核电站已超额完成了100亿千瓦时的发电任务，这样，我国在1995年核发电已达到122亿千瓦时。截至目前中国共有核电站8座，共有15台机组，其中已建成运行的9台，正在建造的两台，已报送国务院并得到批准近期将开工的4台。

　　我国正在运行的大亚湾核电站

　　20年来，中国核电发展虽然进展显著，但距世界水平仍有很大的差距。目前全球核电占电能的比重平均为17%，已有17个国家核电在本国发电量中的比重超过25%。而中国核发电量占总量却不到2%，远不到世界平均水平，更远远低于法国、美国85%和30%的水平。长远来看，中国的核能发电潜力巨大。根据规划，到2020年，中国核电装机比重将从目前的1.6%上升到4%左右，核电的装机容量将达到3600万千瓦左右，这个速度相当于每年建一座大亚湾核电站。从配套发展角度来看，该规划将带动核燃料各个环节的能力和规模到2020年翻两番，必将为国家带来丰厚的经济利益，同时也将有效地解决资源及环境问题，产生良好的社会效益。

　　核能新科技及前景展望

　　核能技术发展至今，已进入成熟阶段，尤其采用快中子增殖反应堆，既可提高核电站的安全系数，又较少产生核废料，而且所产生核废料较容易处理。此外，这种反应堆还可少量处置老式反应堆产生的核废料，在燃烧过程中销毁老式反应堆产生核废料中放射性的钚及锕系元素.有关专家认为.此种反应堆具有很高的运行可靠性和安全性，并是目前销毁部分核废料的最佳方法.目前，国际核能界正致力发展快中子增殖堆(简称快堆).此种反应堆运行时，一方面消耗核燃料，产生热能而发电，另一方面产生新的核燃料钚，并且产出大于消耗、这样，天然铀的单位消耗降低到原来的1/5—1/10。并保持核能的经济性;同时最主要是依靠核燃料、冷却剂、放射性废物及核工艺的其他组份所固有的基本物理化学性能和规律来消除事故，这将是人类“第二个核时代”的主要内涵。

　　然而令人担心的是，根据目前探明的有经济开采价值的铀矿储量，如果继续按现有速度建造眼下的热中子堆核电站，由于它只能利用铀资源的1%～2%，则要不了50年，可采的铀矿也会耗尽。如果到那时，还不能脱离核裂变能利用的初级阶段，人类将可能面临新的能源危机。

　　人类将最终解决能源需求的希望，寄托在受控核聚变的实现和推广上。核聚变能是利用轻原子核(如氘-氘或氘-氚)在极高温度(几千万度或上亿度)下聚合成较重的原子核(如氦)过程中释放出来的巨大的能量。核聚变的主要燃料是氘，可以比较容易地从海水中提取到。据推算，每升海水中所含的氘若完全“燃烧”，可产生相当于300升汽油的能量。海水中至少含有35万亿吨氘，可以供全世界享用百亿年以上。更为可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染，而且核聚变反应堆在任何时刻都只有极少的氘在聚变，所以不存在失控所带来的危险。聚变能是名符其实的理想、干净的能源。

　　但是，要使核聚变能在人为控制下为人类服务却是一件十分困难的事。为了驯服核聚变能，从上世纪50年代初开始，科学家们就热心地进行受控核聚变的研究。全世界已有40多个国家在进行受控核聚变的研究，它们投入了大量人力和物力，建造了几百个实验装置，从事研究的科学人员约有12000多人。目前，全世界每年用于核聚变研究的费用已超过20亿美元。

　　而人类要真正用上廉价的聚变能，尚需经过努力和奋斗，经受时间的考验。有人估计，到2020年可以建成实证堆，然后，经过工程技术和经济上的验证，才能逐步地推向商用。

　　总之，在能源革命中占有重要地位的核聚变能开发和利用的曙光已在前头。而核能也许是人类最终解决能源问题的希望。