子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大
量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸
收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若
这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另
一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种
演
反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能
示
发电的前提。
核能应用——一个永不落幕的话题
4
核聚变原理
为防止放射性物质外逸设 置了四道屏障：

裂变产生的放射性物质
90％滞留于燃料芯块中；

密封的燃料包壳；

坚固的压力容器和密闭
的回路系统；

能承受内压的安全壳。
多重保护：
在出现可能危及设备和 人身的情况时，进行正常停 堆；

因任何原因未能正常停
堆时，控制棒自动落入堆内，
实行自动紧急停堆；

如任何原因 控制棒未能
热核武器 以聚变反应为基础的核武器
3 1
H
＋
2 1
H
＋ 40
000
000
℃
4 2
He
1 0
n
氢弹就是利用装在其内部 的一个小型铀原子弹爆炸产生 的高温引爆的。
核能应用——一个永不落幕的话题
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激光约束(惯性约束)核聚变
▪ 激光(惯性)约束核聚变是把几
毫克的氘和氚的混合气体或固
体，装入直径约几毫米的小球
可用轻水或重水作冷却剂，
重水堆分压力容器式和压力
管式两类。
重水堆核电站是发展较早的 核电站，有各种类别，但已 实现工业规模推广的只有加 拿大发展起来的坎杜型压力 管式重水堆核电站。
由快中子引起链式裂变反应 所释放出来的热能转换为电 能的核电站。

快堆在运行中既消耗裂
变材料，又生产新裂变材料，
而且所产可多于所耗，能实
核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，
故称为"热核聚变反应"。
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核能应用——一个永不落幕的话题
5
裂变原理演示
核能应用——一个永不落幕的话题
——
核 裂 变 链 式 反 应
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核反应的源泉——核燃料
铀是高能量的核燃料，１千克铀可供利用的能量相当于燃
烧2050吨优质煤。然而陆地上铀的储藏量并不丰富，且分
“核”创未来
核能的可持续发展 提高安全性、可靠性 提高经济性 防止核扩散
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20
核能应用——一个永不落幕的话题
激光约束(惯性约束)核聚变
磁约束核聚变
冷核聚变
核能应用——一个永不落幕的话题
21
核聚变
核聚变(nuclear fusion) 由两个或多个轻核聚合形 成较重核的过程。
发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国国家
和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一，
有的国家超过70％。据资料估计，到2005年核电厂装
机容量将达到388567兆瓦。
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核能应用——一个永不落幕的话题
工作原理
压水堆核电站 沸水堆核电站 重水堆核电站 快堆核电站
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核能应用——一个永不落幕的话题
所谓轻核聚变是指在高温下(几百万度以上)两 个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并 放出大量能量的过程，也称热核反应。它是取 得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强
的静电排斥力，因此在一般的温度和压力下，
很难发生聚变反应。而在太阳等恒星内部，压
力和温度都极高，所以就使得轻核有了足够的
动能克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的
压水堆核电站与沸水堆核电站
以压水堆为热源的核电站。

它主要由核岛和常规
岛组成。压水堆核电站核岛
中的四大部件是蒸汽发生器、
稳压器、主泵和堆芯。在核
岛中的系统设备主要有压水
堆本体，一回路系统，以及
为支持一回路系统正常运行
和保证反应堆安全而设置的
辅助系统。。
以沸水堆为热源的核电站。

沸水堆是以沸腾轻水
现核裂变材料的增值。
目前，世界上已商业运行
的核电站堆型，如压水堆、 沸水堆、重水堆、石墨气冷 堆等都是非增殖堆型，主要 利用核裂变燃料，即使再利 用转换出来的钚-239等易裂 变材料，它对铀资源的利用 率也只有1％—2。
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核能应用——一个永不落幕的话题
世界上目前建造核电站情况
核电自50年代中期问世以来，目前已取得长足的发展。 到1999年中期，世界上共有436座发电用核反应堆在 运行，总装机容量为350676兆瓦。正在建造的发电反 应堆有30座，总装机容量为21642兆瓦。
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核自50年代中期问世以来，目前已取得长足的发 展。到1999年中期，世界上共有436座发电用核反应 堆在运行，总装机容量为350676兆瓦。正在建造的发 电反应堆有30座，总装机容量为21642兆瓦。

目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电，核
内。从外面均匀射入激光束或
粒子束，球面因吸收能量而向
外蒸发，受它的反作用，球面
内层向内挤压（反作用力是一
种惯性力，靠它使气体约束，
所以称为惯性约束），就像喷
气飞机气体往后喷而推动飞机
前飞一样，小球内气体受挤压
而压力升高，并伴随着温度的
急剧升高。当温度达到所需要
的点火温度（大概需要几十亿
度）时，小球内气体便发生爆
核能应用——一个永不落幕的话题
8
核裂变应用
核电站
核反应堆
通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生 的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持 链反应(self-sustaining chain reaction)。
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核能应用——一个永不落幕的话题
核反应堆模型
核 反 应 堆
热 交 换 器
叫热核反应。可以想象，没有
什么材料能经受得起1亿度的高
温。还有许多难以想象的困难
需要去克服。尽管存在着许多
困难，人们经过不断研究已取
得了可喜的进展。目前实现核
聚变已有不少方法。最早的著
名方法是"托卡马克"型磁场约束
法。它是利用通过强大电流所
产生的强大磁场，把等离子体
约束在很小范围内以实现上述
三个条件。虽然在实验室条件

目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电，核
发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国国家
和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一，
有的国家超过70％。据资料估计，到2005年核电厂装 机容量将达到388567兆瓦。
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核能应用——一个永不落幕的话题
安全措施 （safety）
四重屏障：
质子。 1935年 英国物理学家查得威克发现了中子。 1938年 德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。 1942年12月2日 美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。 1945年8月6日和9日 美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。 1957年 苏联建成了世界上第一座核电站------奥布灵斯克核电站。 在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。二战时，原
炸，并产生大量热能。这种爆
炸过程时间很短，只有几个皮
秒（1皮等于1万亿分之一）。
如每秒钟发生三四次这样的爆
炸并且连续不断地进行下去，
所释放出的能量就相当于百万
千瓦级的发电站。
核能应用——一个永不落幕的话题
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磁约束核聚变
▪ 因为进行核聚变需要的条件非
常苛刻。发生核聚变需要在1亿
度的高温下才能进行，因此又
▪ 1989年3月23日，美国犹他大学的彭斯和英国南安普敦大学的弗莱西曼 举行新闻发布会，宣称在实验室的小型装置上，用钯作阴极电解重水， 实现了常温常压下的“冷核聚变”。但是，世界各地1000多个实验室始 终没有人成功地重复出彭斯和弗莱什曼的实验结果，最终否定了这一成 果。他们俩的故事也就成了科学界几乎人人皆知的反面教材。这个科学 史上的丑闻是科学发展过程中操之过急以及过度炒作的典型例证。他们 设想，如果强行把两个氘（氢元素的一个变种）原子核挤进一个容不下 两个原子核的小空间，这两个氘原子核就有可能发生聚合。金属钯的分 子结构便提供了适合这种要求的小空间。 但是，怎样才能把氘核挤入钯 金属的晶格中去呢？他们制作了一个简单的电解槽，电解槽里的重水中 有所需要的氘原子，而电解槽的阴极是用钯制成的。他们的假说是：电 流从阳极向阴极的运动会迫使氘原子核从重水移入钯的晶格，从而在那 里发生聚变。因为这种聚变将会是在接近室温的条件下发生，比起在极 高温度下发生的聚变，它是“冷的”。
每升海水中含有 0.03克氘。 这0.03克氘聚变时释放出采 的能量相当于300升汽油燃烧 的能量。海水的总体积为 13．7亿立方公里，共含有几 亿亿公斤的氘。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。因此，以海 水中的氘、氚的核聚变能解 决人类未来的能源需要'将展 示出最好的前景。
下已接近于成功，但要达到工
业应用还差得远。按照目前技
术水平，要建立托卡马克型核
聚变装置，需要几千亿美元。
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冷核聚变
▪ 聚变过程是两个氢原子核发生碰撞，从而聚合在一起。因为原子核具有 电荷相互排斥，所以要得到聚变反应是极端困难的。只有在超常的高温 下，原子核才会发生聚变。在太阳的中心和在氢弹中，发生的就是聚变。 在氢弹中是利用简单的裂变原子弹产生的大量热能来使氢原子核聚合。 既然极端的高温是产生聚变能的障碍，人们自然要探索其他或许能导致 聚变的途径。是否存在着不依赖于像太阳中心那样的条件也能使原子核 发生聚变的其他过程？