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  • 核能

    核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放:1、核裂变,打开原子核的结合力。2、核聚变,原子的粒子熔合在一起。3、核衰变,自然的慢得多的裂变形式。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,原子弹诞生了。人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开对核能应用前景的研究。

    编辑摘要
    科学 +
    核能

    近日南京理工大学化工学院胡炳成教授团队成功合成了世界首个全氮阴离子盐,登顶新一代超高能含能材料研究最高点。[详细]

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 核能 英文名: nuclear energy
    别称: 原子能 分类: 一次能源
    首次发现: 1895年

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    简介/核能 编辑

    核能核能
    核能通过三种核反应之一释放:

    核裂变,打开原子核的结合力。

    核聚变,原子的粒子熔合在一起。

    核衰变,自然的慢得多的裂变形式。

    核聚变是指由质量小的原子,主要是指,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核,叫核裂变,如原子弹爆炸;如果是由轻的原子核变化为重的原子核,叫核聚变,如太阳发光发热的能量来源。

    相比核裂变,核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题,而且其原料可直接取自海水中的氘,来源几乎取之不尽,是理想的能源方式。

    目前人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用,必须能够合理的控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变,但是现在看来还有很长的路要走。

    核聚变方式 

    超声波核聚变

    激光约束(惯性约束)核聚变

    磁约束核聚变(托卡马克)

    核聚变 

    核能核能
    比原子弹威力更大的核武器氢弹,就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反,是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变,比如氢的同位素氘(dao)、氚(chuan)等。核聚变也会放出巨大的能量,而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成过程,它的就是由核聚变产生的。

    核聚变能释放出巨大的能量,但目前人们只能在氢弹爆炸的一瞬间实现非受控的人工核聚变。而要利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务,就必须使核聚变在人们的控制下进行,这就是受控核聚变。

    实现受控核聚变具有极其诱人的前景。不仅因为核聚变能放出巨大的能量,而且由于核聚变所需的原料——氢的同位素氘可以从海水中提取。经过计算,1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于100升汽油燃烧释放的能量。全世界的海水几乎是“取之不尽”的,因此受控核聚变的研究成功将使人类摆脱能源危机的困扰。

    但是人们现在还不能进行受控核聚变,这主要是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。此外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。科学家们设计了许多巧妙的方法,如用强大的磁场来约束反应,用强大的激光来加热原子等。可以预计,人们最终将掌握控制核聚变的方法,让核聚变为人类服务。

    核的应用 /核能 编辑

    月球的核应用 

    核能核能
    早在20世纪60年代末和70年代初,美国阿波罗飞船登月时,6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,发现有氦等物质。经进一步分析鉴定,月球上存在大量的氦-3。科学家在进行了大量研究后认为,采用氦-3的聚变来发电,会更加安全。 

    有关专家认为,氦-3在地球上特别少,但是月球上很多,光是氦-3就可以为地球开发1万-5万年用的核电。地球上的氦-3总量仅有10-15吨,可谓奇缺。但是,科学家在分析了从月球上带回来的月壤样品后估算,在上亿年的时间里,月球保存着大约5亿吨氦-3,如果供人类作为替代能源使用,足以使用上千年。

    海洋的核资源 

    核能是人类最具希望的未来能源。目前人们开发核能的途径有两条:一是重元素的裂变,如铀的裂变;二是轻元素的聚变,如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术,己得到实际性的应用;而轻元素聚变技术,也正在积极研制之中。可不论是重元素铀,还是轻元素氘、氚,在海洋中都有相当巨大的储藏量。 

    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,且分布极不均匀。只有少数国家拥有有限的铀矿,全世界较适于开采的只有100万吨,加上低品位铀矿及其副产铀化物,总量也不超过500万吨,按目前的消耗量,只够开采几十年。而在巨大的海水水体中,却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。不过,海水中含铀的浓度很低,1000吨海水只含有3克铀。只有先把铀从海水中提取出来,才能应用。而要从海水中提取铀,从技术上讲是件十分困难的事情,需要处理大量海水,技术工艺十分复杂。但是,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。 

    60年代起,日本、英国、联邦德国等先后着手研究从海水中提取铀,并且逐渐建立了从海水中提取铀的多种方法。其中,以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附方法的研究进展最快。目前,评估海水提铀可行性的依据之一是一种采用高分子粘合剂和水合氧化钻制成的复合型钛吸附剂。现在海水提铀已从基础研究转向开发应用研究的阶段。日本已建成年产10千克铀的中试工厂,一些沿海国家也计划建造百吨级甚至千吨级工业规模的海水提铀厂。 

    氘和氚都是氢的同位素。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。据计算,1 公斤氢/燃料,至少可以抵得上4公斤铀燃料或l万吨优质煤燃料。

    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。 氘 -氚的核聚变反应,需要在上千万度乃至上亿度的高温条件下进行。这样的反应,已经在氢弹上得以实现。用于生产目的的受控热核聚变在技术上还有许多难题。但是,随着科学技术的进步,这些难题正在逐步解决的。  

    1991年11月9日,由l 4个欧洲国家合资,在欧洲联合环型核裂变装置上,成功地进行了首次氘-氚受控核聚变试验,发出了1.8兆瓦电力的聚变能量,持续时间为2秒,温度高达3亿度,比太阳内部的温度还高20倍。核聚变比核裂变产生的能量效应要高600倍,比煤高1000万倍。因此,科学家们认为,氘-氚受控核聚变的试验成功,是人类开发新能源的一个里程碑。在下个世纪,核聚变技术和海洋氘、氚提取技术将会有重大突破。这两项技术的发展和不断的成熟,将对人类社会的进步产生重大的影响。 

    另外,“能源金属”锂是用于制造氢弹的重要原料。海洋中每升海水含锂15~20毫克,海水中锂总储量约为2.5×10 11 吨。随着受控核聚变技术的发展,同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将和平服务于人类。锂还是理想的电池原料,含锂的铝镍合金在航天工业中占有重要位置。此外,锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域的应用也有较大发展。因此,全世界对锂的需求量正以每年7%~11%速度增加。目前,主要是采用蒸发结晶法、沉淀法、溶剂萃取法及离子交换法从卤水中提取锂。  

    重水也是原子能反应堆的减速剂和传热介质,也是制造氢弹的原料,海水中含有 2×10 14 吨重水,如果人类一直致力的受控热核聚变的研究得以解决,从海水中大规模提取重水一旦实现,海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。

    核能发电/核能 编辑

    核能核能
    核能发电的过程:核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。 核能是通过转化其质量从原子核释放核能的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。

    利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料化学能。除沸水堆外(见轻水堆),其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热,在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水,然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽,经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。

    核能发电利用燃料进行核分裂连锁反应所产生的热,将水加热成高温高压,核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍),比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%-4%,其馀皆为无法产生核分裂的铀238。

    举例而言,核四厂每年要用掉80吨的核燃料,只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃,需要515万吨,每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气,需要143万吨,相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来,刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。

    简史/核能 编辑

    核能核能
    核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年,苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站,装机容量1279兆瓦(电)。由于核浓缩技术的发展,到1966年,核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦(电)以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦(电)。80年代因化石能源短缺日益突出,核能发电的进展更快。到1991年,全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套,总容量为3.275亿千瓦,其发电量占全世界总发电量的约16%。世界上第一座核电站苏联奥布宁斯克核电站

    中国大陆的核电起步较晚,80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦(电)秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站正加紧施工。

    纵观核电发展历史核电站技术方案大致可以分4代。

    第一代核电站

    核电站的开发与建设开始于20世纪50年代。1954年,前苏联建成发电功率为5兆瓦的实验性核电站;1957年,美国建成发电功率为9万千瓦的Ship Ping Port原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性的原型核电机组成为第一代核电机组。

    第二代核电站 

    20世纪60年代后期,在实验性和原型核电机组基础上,陆续建成发电功率30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组,他们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明。目前,世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期简称的,习惯上称为第二代核电机组。

    第三代核电站 

    20世纪90年代,为了消除三里岛和切尔诺贝利核电站事故的负面影响,世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关,美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》,即URD文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》,即EUR文件,进一步明确了预防与缓解严重事故,提高安全可靠性等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组要求是能在2010年前进行商用建造。

    第四代核电站 

    2000年1月,在美国能源部的倡议下,美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家,联合组成了“第四代国际核能论坛”,与2001年7月签署了合约,约定共同合作研究开发第四代核能技术。

    发电原理/核能 编辑

    核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235钚-239、铀-233等重元素在中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,

    核能核能

    使裂变自持地进行,则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。要用反应堆产生核能,需要解决以下4个问题:

    ①为核裂变链式反应提供必要的条件,使之得以进行。

    ②链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电,还会酿成灾害。

    ③裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。

    ④裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大,必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。

    世界上有比较丰富的核资源,核燃料有钍氘等等,世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源,可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点,其一核燃料具有许多优点,如体积小而能量大,核能比化学能大几百万倍;1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量;一座100万千瓦的大型烧煤电站,每年需原煤300~400万吨,运这些煤需要2760列火车,相当于每天8列火车,还要运走4000万吨灰渣。同功率的压水堆核电站,一年仅耗铀含量为3%的低浓缩铀燃料28吨;每一磅铀的成本,约为20美元,换算成1千瓦发电经费是0.001美元左右,这和目前的传统发电成本比较,便宜许多;而且,由于核燃料的运输量小,所以核电站就可建在最需要的工业区附近。核电站的基本建设投资一般是同等火电站一倍半到两倍,不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多,运行维修费用也比火电站少,如果掌握了核聚变反应技术,使用海水作燃料,则更是取之不尽,用之方便。其二是污染少。火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质,同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质,也会随着烟尘飘落到火电站的周围,污染环境。而核电站设置了层层屏障,基本上不排放污染环境的物质,就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计,核电站正常运行的时候,一年给居民带来的放射性影响,还不到一次X光透视所受的剂量。其三是安全性强。从第一座核电站建成以来,全世界投入运行的核电站达400多座,30多年来基本上是安全正常的。虽然有1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故,但这两次事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进,核电站有可能会变得更加安全。

    优点/核能 编辑

    1、核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染;

    核能核能

    2、核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳

    3、核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,没有其他的用途;

    4、核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送;

    5、核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。

    缺点/核能 编辑

    1、核能电厂会产生高低阶放射性废料,或者是使用过之核燃料,虽然所占体积不大,但因具有放射

    核能核能
    线,故必须慎重处理,且需面对相当大的政治困扰;

    2、核能发电厂热效率较低,因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏,故核能电厂的热污染较严重;

    3、核能电厂投资成本太大,电力公司的财务风险较高;

    4、核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转;

    5、兴建核电厂较易引发政治歧见纷争;

    6、核电厂的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害。

    提供动力/核能 编辑

    目前,世界各地的研究人员正在开发宽度小于人的头发的微型装置,用于从生化传感器到医学植入体的各种用途。但这方面存在着一个障碍:目前还没人能拿出一种与这么小的微型机械装置相匹配的能源。

    任何一个随身携带过使用五磅重电池、而自重仅一磅的便携式电脑的人都该明白这句话的意思。为了实现这些装置的全部潜在用途,需要有这样一种能源,它既能提供强大的动力,又要小得足以安装在同一块芯片上。

    现在,威斯康星大学的一组工程师相信他们也许找到了正确的方法。 他们已经开始了一个利用核能来提供能量的项目,但这些发电机将与向家庭和工厂提供电力的带穹顶的核电厂完全不同。

    这些微型装置的能源不是靠转动的涡轮机来发电,而是利用微量的放射性物质,通过它们的衰变来产生电能。以前也有过这种做法,但规模要大得多。人们曾用这种方法给从心脏起搏器到探索太阳系外层黑暗空间的航天器等各种装置提供能源。

    威斯康星大学的核能工程教授詹姆斯·布兰查德说:“以前还从没在我们现在所讨论的规模上做过这种事。”布兰查德所领导的研究小组正设法开发这项技术,这项研究得到了美国能源部一项45万美元的拨款。

    尽管单单提起核能就会使一些人的后背生出丝丝凉气,但研究人员称他们的发电机只使用极少的放射性物质,安全应该不是问题。布兰查德说,最适合这种技术的元素是1898年由居里夫妇发现的

    核能核能
    放射性物质已广泛应用在许多装置中,包括烟雾探测器。另外一些复印机上也使用条状的放射性物质消除纸张间的静电。但如果核电要成为未来的微型“机器”的能源,这项技术必须缩小到微观水平。布兰查德说,用放射性材料发电可以有两种方法。放射性材料衰变时发出的热量可以使一些物质放出电子,从而形成电能。但研究小组倾向于一种更直接的方法。

    布兰查德说:“当放射性同位素衰变时,它会释放出带电粒子,这样你就能直接俘获这些带电粒子,利用它们产生电能。”他说,相对于这些装置的规模而言,这些粒子产生的电压是非常高的。布兰查德说 ,他的研究小组并没有直接考虑这些微型装置的用途。他认为,一旦有了一种合适的能源,其他人将会想出许多用途来。事实上,世界各地有数十个实验室已经在研制被称作MEMS的微型机电设备,它是当今高科技领域的关键课题之一。

    布兰查德在这个项目中的同事、电气工程学教授阿米特·拉尔说,一旦有了合适的能源,将会产生“以前根本不可能的许多用途”。这项技术最直接的应用很可能是用来研制各种各样的微型传感器。一种合适的能源能够用无线联络的方式把数以百计的微型传感器联系起来,这是一项在军事上很有潜力的用途。这样的传感器小至肉眼无法看到,可以在恶劣环境中探测化学物质的存在。布兰查德说:“假如它们发现了它们不喜欢的化学物质,它们能向某个中心位置发回信号,这样人们不用到现场就能找到这些化学武器了。”这些传感器也能用来探测工厂内微量的有害化学物质和气体。一个有趣的前景是我们可以把这些传感器造得很小,把它们混入重型机械上使的润滑油中,以便探测什么时候需要对机器进行保养。

    拉尔说:“最大的影响可能是把这些传感器系统结合到日常系统中,从而使日常系统变得更加可靠、安全和智能。”

    海洋中的核资源/核能 编辑

    核能核能
    核能是人类最具希望的未来能源。目前人们开发核能的途径有两条:一是重元素的裂变,如铀的裂变;二是轻元素的聚变,如等。重元素的裂变技术,己得到实际性的应用;而轻元素聚变技术,也正在积极研制之中。可不论是重元素铀,还是轻元素氘、氚,在海洋中都有相当巨大的储藏量。

    铀是高能量的核燃料,1千克可供利用的能量相当于燃烧2250吨优质煤。然而陆地上铀的储藏量并不丰富,且分布极不均匀。只有少数国家拥有有限的铀矿,全世界较适于开采的只有100万吨,加上低品位铀矿及其副产铀化物,总量也不超过500万吨,按目前的消耗量,只够开采几十年。而在巨大的海水水体中,却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。不过,海水中含铀的浓度很低,1000吨海水只含有3克铀。只有先把铀从海水中提取出来,才能应用。而要从海水中提取铀,从技术上讲是件十分困难的事情,需要处理大量海水,技术工艺十分复杂。但是,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。

    60年代起,日本英国联邦德国等先后着手研究从海水中提取铀,并且逐渐建立了从海水中提取铀的多种方法。其中,以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附方法的研究进展最快。目前,评估海水提铀可行性的依据之一是一种采用高分子粘合剂和水合氧化钻制成的复合型钛吸附剂。现在海水提铀已从基础研究转向开发应用研究的阶段。日本已建成年产10千克铀的中试工厂,一些沿海国家也计划建造百吨级甚至千吨级工业规模的海水提铀厂。 

    氘和氚都是氢的同位素。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。据计算,1公斤氢/燃料,至少可以抵得上4公斤铀燃料或l万吨优质煤燃料。 

    核能核能
    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。

    核聚变反应,需要在上千万度乃至上亿度的高温条件下进行。这样的反应,已经在氢弹上得以实现。用于生产目的的受控热核聚变在技术上还有许多难题。但是,随着科学技术的进步,这些难题正在逐步解决的。

    1991年11月9日,出14个欧洲国家合资,在欧洲联合环型核裂变装置上,成功地进行了首次氘-氚受控核聚变试验,发出了1.8兆瓦电力的聚变能量,持续时间为2秒,温度高达3亿度,比太阳内部的温度还高20倍。核聚变比核裂变产生的能量效应要高600倍,比煤高1000万倍。因此,科学家们认为,氘-氚受控核聚变的试验成功,是人类开发新能源的一个里程碑。在下个世纪,核聚变技术和海洋氘、氚提取技术将会有重大突破。这两项技术的发展和不断的成熟,将对人类社会的进步产生重大的影响。

    另外,“能源金属”锂是用于制造氢弹的重要原料。海洋中每升海水含铿15~20毫克,海水中锂总储量约为2.5×1011吨。随着受控核聚变技术的发展,同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将和平服务于人类。锂还是理想的电池原料,含铿的铝捏合金在航天工业中占有重要位置。此外,锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域的应用也有较大发展。因此,全世界对铿的需求量正以每年7%~11%速度增加。目前,主要是采用蒸发结晶法沉淀法溶剂萃取法离子交换法从卤水中提取锂。

    重水也是原子能反应堆的减速剂和传热介质,也是制造氢弹的原料,海水中含有 2×10 14 吨重水,如果人类一直致力的受控热核聚变的研究得以解决,从海水中大规模提取重水一旦实现,海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。

    安全核能/核能 编辑

    核能核能
    当今,全世界几乎16%的电能是由441座核反应堆生产的,而其中有9个国家的40%多的能源生产来自核能。在这一领域,国际原子能机构作为隶属联合国大家庭的一个国际机构,对和平利用、开发原子能的活动积极加以扶持,并且为核安全和环保确立了相应的国际标准。

    国际原子能机构的作用相当于一个在核领域进行科技合作的政府间中心论坛。作为一个协调中心,该机构的设立便于在核安全领域交换信息、制订方针和规范以及应有关政府之要求提供如何加强核反应堆安全和避免核事故风险的方法。国际原子能机构还在旨在确保核技术的运用以求可持续发展的国际努力中扮演重要作用。

    随着各国的核能计划增多,公众日益关注核安全问题,国际原子能机构在核安全领域的职责也扩大了。为此,国际原子能机构制订了辐射防护基准标准,并就特定的业务类型颁布了有关条例和业务守则,其中包括安全运送放射性材料方面的条例和业务守则。依据《核事故或辐射紧急援助公约》《及早通报核事故公约》,一旦发生放射性事故,国际原子能机构会立即采取行动,确保向成员国提供紧急援助。

    国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约包括:《核材料实物保护公约》,《维也纳核损害民事责任公约》,《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对核安全问题的第一个国际性的法律文书。

    国际原子能机构就各成员国实施原子能计划提供援助和咨询意见,并且积极推动各国就科技信息进行交流。该机构还帮助各国政府在水、卫生、营养及药物和食品生产等领域和平利用原子能。这方面一个突出的例子是利用核辐射技术所开展的突变育种工作。通过这一工作,将近2000个新的优良作物品种业已开发成功。

    当前,围绕能源选择的问题争论不休。这场争论的起因是国际社会试图控制二氧化碳向大气层的排放,因为二氧化碳进入大气层导致了全球升温。国际原子能机构强调核能的种种好处,认为作为一种重要的能源来源,核能不存在温室气体和其他有毒气体排放的问题。

    核能核能
    作为一个协调中心,该机构的设立便于在核安全领域交换信息、制订方针和规范以及应有关政府之要求提供如何加强核反应堆安全和避免核事故风险的方法。国际原子能机构还在旨在确保核技术的运用以求可持续发展的国际努力中扮演重要作用。

    随着各国的核能计划增多,公众日益关注核安全问题,国际原子能机构在核安全领域的职责也扩大了。为此,国际原子能机构制订了辐射防护基准标准,并就特定的业务类型颁布了有关条例和业务守则,其中包括安全运送放射性材料方面的条例和业务守则。依据《核事故或辐射紧急援助公约》和《及早通报核事故公约》,一旦发生放射性事故,国际原子能机构会立即采取行动,确保向成员国提供紧急援助。

    国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约包括:《核材料实物保护公约》,《维也纳核损害民事责任公约》,《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对核安全问题的第一个国际性的法律文书。

    国际原子能机构就各成员国实施原子能计划提供援助和咨询意见,并且积极推动各国就科技信息进行交流。该机构还帮助各国政府在水、卫生、营养及药物和食品生产等领域和平利用原子能。这方面一个突出的例子是利用核辐射技术所开展的突变育种工作。通过这一工作,将近2000个新的优良作物品种业已开发成功。

    通过其设在维也纳的国际核信息系统,国际原子能机构对几乎所有核科学和技术方面的信息进行收集和传播。国际原子能机构还与联合国教育、科学及文化组织合作,在意大利东北部城市的里雅斯特设立了国际理论物理中心。该中心拥有三个实验室,开展原子能基础应用方面的研究。国际原子能机构还与联合国粮农组织合作,开展原子能应用于粮食和农业生产领域的研究。该机构还与世界卫生组织合作,开展核辐射应用于医药和生物学领域的研究。此外,国际原子能机构在摩纳哥还设有海洋环境实验室。该实验室得到了联合国环境规划署和教育、科学及文化组织的协助,共同对全球海洋环境污染的情况进行研究。

    实验室,开展原子能基础应用方面的研究。国际原子能机构还与联合国粮农组织合作,开展原子能应用于粮食和农业生产领域的研究。该机构还与世界卫生组织合作,开展核辐射应用于医药和生物学领域的研究。此外,国际原子能机构在摩纳哥还设有海洋环境实验室。该实验室得到了联合国环境规划署和教育科学及文化组织的协助,共同对全球海洋环境污染的情况进行研究。

    微型装置/核能 编辑

    世界各地的研究人员正在开发宽度小于人的头发的微型装置,用于从生化传感器到医学植入体的各种用途。但这方面存在着一个障碍:还没人能拿出一种与这么小的微型机械装置相匹配的能源。

    任何一个随身携带过使用五磅重电池、而自重仅一磅的便携式电脑的人都该明白这句话的意思。为了实现这些装置的全部潜在用途,需要有这样一种能源,它既能提供强大的动力,又要小得足以安装在同一块芯片上。

    威斯康星大学的一组工程师相信他们也许找到了正确的方法。他们已经开始了一个利用核能来提供能量的项目,但这些发电机将与向家庭和工厂提供电力的带穹顶的核电厂完全不同。

    这些微型装置的能源不是靠转动的涡轮机来发电,而是利用微量的放射性物质,通过它们的衰变来产生电能。以前也有过这种做法,但规模要大得多。人们曾用这种方法给从心脏起搏器到探索太阳系外层黑暗空间的航天器等各种装置提供能源。

    威斯康星大学的核能工程教授詹姆斯·布兰查德说:“以前还从没在我们现在所讨论的规模上做过这种事。”布兰查德所领导的研究小组正设法开发这项技术,这项研究得到了美国能源部一项45万美元的拨款。

    尽管单单提起核能就会使一些人的后背生出丝丝凉气,但研究人员称他们的发电机只使用极少的放射性物质,安全应该不是问题。布兰查德说,最适合这种技术的元素是1898年由居里夫妇发现的钋。

    放射性物质已广泛应用在许多装置中,包括烟雾探测器。另外一些复印机上也使用条状的放射性物质消除纸张间的静电。但如果核电要成为未来的微型“机器”的能源,这项技术必须缩小到微观水平。布兰查德说,用放射性材料发电可以有两种方法。放射性材料衰变时发出的热量可以使一些物质放出电子,从而形成电能。但研究小组倾向于一种更直接的方法。

    布兰查德说:“当放射性同位素衰变时,它会释放出带电粒子,这样你就能直接俘获这些带电粒子,利用它们产生电能。”他说,相对于这些装置的规模而言,这些粒子产生的电压是非常高的。布兰查德说,他的研究小组并没有直接考虑这些微型装置的用途。他认为,一旦有了一种合适的能源,其他人将会想出许多用途来。事实上,世界各地有数十个实验室已经在研制被称作MEMS的微型机电设备,它是当今高科技领域的关键课题之一。

    布兰查德在这个项目中的同事、电气工程学教授阿米特·拉尔说,一旦有了合适的能源,将会产生“以前根本不可能的许多用途”。

    这项技术最直接的应用很可能是用来研制各种各样的微型传感器。一种合适的能源能够用无线联络的方式把数以百计的微型传感器联系起来,这是一项在军事上很有潜力的用途。这样的传感器小至肉眼无法看到,可以在恶劣环境中探测化学物质的存在。布兰查德说:“假如它们发现了它们不喜欢的化学物质,它们能向某个中心位置发回信号,这样人们不用到现场就能找到这些化学武器了。”这些传感器也能用来探测工厂内微量的有害化学物质和气体。一个有趣的前景是我们可以把这些传感器造得很小,把它们混入重型机械上使用的润滑油中,以便探测什么时候需要对机器进行保养。

    拉尔说:“最大的影响可能是把这些传感器系统结合到日常系统中,从而使日常系统变得更加可靠、安全和智能。”

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    高能物理学又称粒子物理学或基本粒子物理学,它是物理学的一个分支,研究构成物质和辐射的组元粒子及其相互作用的物理学科。

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