核能是從原子核釋放的一種能量形式，原子核由質(zhì)子和中子組成。這種能量來(lái)源可以通過(guò)兩種方式產(chǎn)生：裂變——當(dāng)原子核分裂成幾個(gè)部分時(shí)——或聚變——當(dāng)原子核融合在一起時(shí)。

當(dāng)今世界用于發(fā)電的核能是通過(guò)核裂變產(chǎn)生的，而聚變發(fā)電技術(shù)正處于研發(fā)階段。本文將探討核裂變。

什么是核裂變?

核裂變是一個(gè)原子核分裂成兩個(gè)或多個(gè)更小的原子核，同時(shí)釋放能量的反應(yīng)。

例如，當(dāng)被中子撞擊時(shí)，鈾 235 的原子核會(huì)分裂成兩個(gè)較小的原子核，例如鋇原子核和氪原子核以及兩個(gè)或三個(gè)中子。這些額外的中子會(huì)撞擊周?chē)钠渌?235 原子，這些原子也會(huì)分裂并產(chǎn)生額外的中子，產(chǎn)生倍增效應(yīng)，從而在幾分之一秒內(nèi)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

每次發(fā)生反應(yīng)時(shí)，都會(huì)以熱和輻射的形式釋放能量。熱量可以在核電站中轉(zhuǎn)化為電能，類(lèi)似于使用煤、天然氣和石油等化石燃料產(chǎn)生的熱量來(lái)發(fā)電。

核裂變(圖片來(lái)源：A. Vargas/IAEA)核電站是如何工作的?

在核電站內(nèi)部，核反應(yīng)堆及其設(shè)備包含并控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最常見(jiàn)的燃料是鈾 235，通過(guò)裂變產(chǎn)生熱量。熱量使反應(yīng)堆的冷卻劑(通常是水)變暖以產(chǎn)生蒸汽。然后將蒸汽引導(dǎo)至旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)，激活發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生低碳電力。

在此頁(yè)面上查找有關(guān)不同類(lèi)型核動(dòng)力反應(yīng)堆的更多詳細(xì)信息。

壓水反應(yīng)堆是世界上使用最多的反應(yīng)堆。(圖片：A. Vargas/國(guó)際原子能機(jī)構(gòu))

鈾的開(kāi)采、濃縮和處置

鈾是一種可以在世界各地的巖石中找到的金屬。鈾有幾種天然存在的同位素，它們是質(zhì)量和物理性質(zhì)不同但化學(xué)性質(zhì)相同的元素形式。鈾有兩種原始同位素：鈾 238 和鈾 235。鈾 238 占世界鈾的大部分，但不能產(chǎn)生鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，而鈾 235 可用于通過(guò)裂變產(chǎn)生能量，但占世界鈾的不到 1%。

為了使天然鈾更容易發(fā)生裂變，有必要通過(guò)稱(chēng)為鈾濃縮的過(guò)程增加給定樣品中鈾 235 的含量。一旦鈾被濃縮，它可以在發(fā)電廠中有效地用作核燃料三到五年，之后它仍然具有放射性，必須按照嚴(yán)格的指導(dǎo)方針進(jìn)行處理，以保護(hù)人類(lèi)和環(huán)境。用過(guò)的燃料，也稱(chēng)為乏燃料，也可以回收成其他類(lèi)型的燃料，用作特殊核電站的新燃料。

什么是核燃料循環(huán)?

核燃料循環(huán)是一種工業(yè)過(guò)程，涉及在核動(dòng)力反應(yīng)堆中利用鈾發(fā)電的多個(gè)步驟。這個(gè)循環(huán)從鈾礦的開(kāi)采開(kāi)始，到核廢料的處理結(jié)束。

核廢料

核電站的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生具有不同放射性水平的廢物。根據(jù)它們的放射性水平和目的，對(duì)它們進(jìn)行不同的管理。觀看下面的動(dòng)畫(huà)以了解有關(guān)此主題的更多信息。

放射性廢物管理

放射性廢物只占所有廢物的一小部分。它是每年數(shù)百萬(wàn)次醫(yī)療程序、使用輻射的工業(yè)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用以及產(chǎn)生全球約 11% 電力的核反應(yīng)堆的副產(chǎn)品。該動(dòng)畫(huà)解釋了如何管理放射性廢物以保護(hù)人類(lèi)和環(huán)境免受現(xiàn)在和未來(lái)的輻射。

下一代核電站，也稱(chēng)為創(chuàng)新型先進(jìn)反應(yīng)堆，產(chǎn)生的核廢料將比今天的反應(yīng)堆少得多。預(yù)計(jì)它們可能會(huì)在 2030 年之前投入建設(shè)。

核電與氣候變化

核能是一種低碳能源，因?yàn)榕c煤、油或氣發(fā)電廠不同，核電廠在運(yùn)行期間實(shí)際上不產(chǎn)生CO 2。核反應(yīng)堆產(chǎn)生了世界上近三分之一的無(wú)碳電力，對(duì)于實(shí)現(xiàn)氣候變化目標(biāo)至關(guān)重要。

要了解更多關(guān)于核電和清潔能源轉(zhuǎn)型的信息，請(qǐng)閱讀本期《國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)公報(bào)》。

原子能機(jī)構(gòu)的作用是什么?

原子能機(jī)構(gòu)制定并促進(jìn)安全可靠地利用核能以保護(hù)人類(lèi)和環(huán)境的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則。

原子能機(jī)構(gòu)通過(guò)提供技術(shù)支持和知識(shí)管理來(lái)支持世界各地現(xiàn)有的和新的核計(jì)劃。通過(guò)里程碑方案，原子能機(jī)構(gòu)向想要開(kāi)發(fā)核電計(jì)劃的國(guó)家以及正在退役的國(guó)家提供技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和指導(dǎo)。

原子能機(jī)構(gòu)通過(guò)其保障和核查活動(dòng)監(jiān)督核材料和技術(shù)未被轉(zhuǎn)用于和平用途。

由 IAEA 牽頭的審查工作組和咨詢(xún)服務(wù)為核能生產(chǎn)生命周期內(nèi)的必要活動(dòng)提供指導(dǎo)：從鈾礦開(kāi)采到核電廠的建設(shè)、維護(hù)和退役以及核廢料的管理。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在哈薩克斯坦管理著低濃鈾 (LEU ) 儲(chǔ)備，可作為急需低濃鈾用于和平目的的國(guó)家的最后手段。