核能E=mc^2

核裂變

裂變只有一些質量非常大的原子核像鈾、釷和钚等才能發生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發生核裂變，使過程持續進行下去，這種過程稱作鏈式反應。原子核在發生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能。1千克鈾-238的全部核的裂變將產生20,000兆瓦小時的能量(足以讓20兆瓦的發電站運轉1,000小時)，與燃燒2500噸煤釋放的能量一樣多。核反應堆可控自持的核裂變反應壓水堆沸水堆重水堆高溫氣冷堆鈉冷快堆釷基熔鹽堆（TMSR）壓水堆壓水堆使用加壓輕水（即普通水）作冷卻劑和慢化劑，且水在堆內不沸騰的核反應堆。燃料為低濃鈾。20世紀80年代，被公認為是技術最成熟，運行安全、經濟實用的堆型。

壓水堆本體剖面圖壓水堆燃料組件圖沸水堆以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應堆壓力容器內直接產生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結構緊湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優點。它們都需使用低富集鈾作燃料。沸水堆核電站系統有：主系統（包括反應堆）；蒸汽-給水系統；反應堆輔助系統等。但發電廠房要做防核處理。重水堆重水堆是以重水作慢化劑的反應堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。高溫氣冷堆用氦氣作冷卻劑，出口溫度高的核反應堆。高溫氣冷堆采用涂敷顆粒燃料，以石墨作慢化劑。堆芯出口溫度為850~1000℃，甚至更高。核燃料一般采用高濃二氧化鈾，亦有采用低濃二氧化鈾的。根據堆芯形狀，高溫氣冷堆分球床高溫氣冷堆和棱柱狀高溫氣冷堆。高溫氣冷堆具有熱效率高（40%~41%），燃耗深（最大高達20MWd/t鈾），轉換比高（0.7~0.8）等優點。由于氦氣化學穩定性好，傳熱性能好，而且誘生放射性小，停堆后能將余熱安全帶出，安全性能好。

鈉冷快堆以液態金屬鈉作為冷卻劑的快中子反應堆高的熱導率，低壓的鈉系統，鈉對快堆材料腐蝕甚微，熔融燃料與鈉無劇烈相互作用，鈉輻照后不產生長壽命放射性核素，有足夠的運動粘度和熱膨脹系數，易于設計非能動事故余熱排出系統等。中國實驗快堆是一座熱功率65

MW、電功率20

MW的鈉冷池式快堆，除具有上述固有安全特征外，它還設計有負的溫度效應、功率效應和堆芯鈉空泡效應，設有獨立的非能動事故余熱排出系統、非能動接鈉盤、堆容器非能動超壓保護系統、非能動冷卻的堆芯熔化收集器等，以及具有完備可靠的主動安全系統。中國實驗快堆達到了第四代核電系統的安全目標。釷基熔鹽堆（TMSR）未來先進核裂變能優勢：1.熔鹽堆安全，釷元素量多，可解決鈾礦不足的問題。2.在堆芯區域沒有高壓蒸汽，只有低壓的熔融鹽。挑戰：1.在致密的熔鹽堆芯中，高中子通量和高溫能改變石墨慢化元件的形狀2.熔鹽的提純，有毒產物的處理世界第四個散裂中子源預計2018年建成

散裂中子源作為研究物質結構和動力學性質的理想“探針”，應用十分廣泛，建成后，它能為我國在物理學、化學、生命科學、材料科學、納米科學、醫藥和新型核能開發等學科前沿領域的研究提供一個功能強大的先進科研平臺。核電站中國核電站分布核聚變相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。以磁約束Tokamak為驅動源的混合堆

中國科學家在自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置EAST這一研究平臺上，針對未來ITER400秒高參數運行的一些關鍵科學技術問題，開展了全面的實驗研究，通過集成創新，實現了411秒、中心等離子體密度約2×1019m-3、中心電子溫度大于兩千萬度的高溫等離子體放電，以一個數量級的提升再創國際最長時間記錄，同時還獲得了大于30秒的高約束等離子體放電，標志著我國在穩態高約束等離子體研究方面走在國際前列，也為國際熱核實驗聚變堆ITER和我國未來獨立設計建設運行聚變堆奠定了堅實的科學和技術基礎。

優點1.采用次臨界堆包層后，混合堆可實現具有商業規模的能量輸出，與現有壓水堆/沸水堆水平相當;2.采用次臨界堆包層后，容易實現聚變堆芯的氖自持;其主要難點在于:1.采用液態金屬冷卻的設計都面臨MHD問題;2.脈沖源驅動的次臨界堆要