人们必须消耗燃料并以肮脏的方式提供能源和动力的模式已经失败了。它的应用已经引起而且不能解决日益严重的世界能源危机。目前大多数能源是通过“肮脏的方法”获得的。因此，随着能源生产的增加，有害的副产品燃烧也会增加。

如果继续使用这种方法，到2030年，这些因素的综合作用将日益蔓延到全球经济和生物圈的混乱。

使用同时产生能源和温室气体的模式的生产会影响地球,将损耗的臭氧层,这将导致全球变暖和气候变化而他们将极端天气变化和整个地球气温将会下降或上升,或高或低降雨的经验,他们将经历的洪水和干旱。

解决能源危机必须清洁生产和安全而不是肮脏的能源,我们使用或产生它最小化资源用于生产的能量多于经济,如果它继续被用于没有时间将稀缺的资源。

现在，解决方案必须是生产不会威胁到物种和居民的清洁能源，而且这种能源的生产必须不使用任何自然资源。因此，核能可以成为我们危机的解决方案，它可以结束必须同时生产能源和污垢的模式。

这种能源的生产不需要产生任何二氧化碳，也不需要使用任何来自自然的化石燃料，而这种燃料在未来几年将会稀缺。

不幸的是，许多不了解核物理工作原理的人对核电站的恐惧是不必要的，公众的抗议是常见的。核能仍然是最便宜和最清洁的发电方式之一，它使用的燃料几乎是无限供应的。

用于核能的核反应堆可用于各种目的，但其中最著名的可能是在核电站中生产电力。

生产的电力

原子核的结构会发生变化。这些变化被称为核反应。在核反应中产生的能量叫做核能或原子能。产生了核能自然而在人为造成的操作下的人类。

• 自然:有些核能是自然产生的。例如，太阳和其他恒星通过核反应产生光和热。
• 人造:核能也可以是人造的。一种叫做核反应堆的机器，是核电厂的一部分，为许多城市提供电力。人造核反应也发生在原子弹和氢弹的爆炸中。

核反应发生在被称为核反应堆．

核反应堆

核反应堆是控制从裂变产物和能量中产生新物质的裂变反应的装置。核能核电站使用裂变反应中的铀作为燃料来产生能量。蒸汽是由裂变过程中释放的热量产生的。正是这种蒸汽推动涡轮机产生电能。有一种核反应堆叫做压水堆。

位于西开普省开普敦附近的Koeberg核电站就是这种反应堆的一个例子。核反应释放的能量加热反应堆容器中的水，产生对流，使水在容器中循环。因为水处于极端的压力下，所以不会沸腾。

过热的水通过热交换器，将其热量传递到二次水系统，使二次水系统沸腾并先于蒸汽。蒸汽通过与发电机相连的涡轮机产生。旋转的涡轮机就这样发电。

然后蒸汽被冷却，冷凝并回流到热交换器中。这个系统的优点是两个水系统是完全分开的，所以反应堆中的放射性物质不会污染周围地区的任何东西。虽然看起来很简单，但这个反应最大的困难是控制已经形成的连锁反应。这是通过控制棒来实现的，控制棒可以进出堆芯(放射性燃料所在的地方)。

这些控制棒用于吸收裂变反应产生的中子。这样，释放的中子数就可以保持，这样反应堆就不会变吹毛求疵的．这种超临界反应可能会导致核反应堆熔毁，即冷却剂无法足够快地将热量从反应堆中释放出来，从而导致反应堆燃料过热并熔化。

这可能会导致爆炸和大气中的放射性物质就像1986年发生在世界和平时期的核灾难一样，在乌克兰的切尔诺贝利。南非正在计划建造球床核反应堆。这种类型的反应堆是对压水堆设计的改进，被认为是异常安全的。

在球床反应堆中，升高的温度实际上会减缓核反应。这种内置的安全机制可以防止反应堆进入超临界状态，即使电站的整个系统出现故障。

核裂变

在核裂变中，原子的原子核分裂，导致能量释放。原子弹和核反应堆是通过裂变来工作的。铀元素由于具有许多有利的性质，是用来进行核裂变产生能量的燃料。向铀原子核发射中子可以很容易地分裂它们。而且，一旦一个铀核分裂，就会释放出多个中子，用于分裂其他铀核。这种现象被称为连锁反应。

核裂变涉及到原子核内部原子核引力和质子间电斥力之间的微妙平衡。在所有已知原子核，核力占主导地位。

然而，在铀中，这种优势是脆弱的。如果铀核被拉伸成拉长的形状，电的力量可能会推成更拉长的形状。如果延伸超过一个临界点，核力就会屈服于电力，原子核就会分离。这是裂变。

铀核对中子的吸收提供了足够的能量来引起这样的延伸，由此产生的裂变过程可能产生许多不同的更小的核。

裂变碎片和裂变产生的中子的总质量小于原始铀原子的质量。微小的缺失质量转化成这么多的能量，符合爱因斯坦的关系E等于mc的平方。

裂变的能量主要以裂变碎片的动能形式存在，这些裂变碎片彼此分离，其中一些动能给予喷射的中子，其余的动能给予伽玛辐射。这个反应能释放2亿电子伏(相比之下，TNT分子爆炸释放30电子伏)。

核裂变的消息震惊了科学界，不仅因为巨大的能量释放，还因为在这个过程中释放了额外的中子。一个典型的裂变反应平均释放2到3个中子。这些新的中子反过来会导致另外两个或三个原子核发生裂变，释放出更多的能量，总共会多出4到9个中子。

如果每一个原子只分裂一个原子核，下一步反应将产生8到27个中子，以此类推。因此，整个连锁反应可以以不断加速的速度进行。

如果在棒球大小的一块纯U-235中发生连锁反应;可能会导致一次巨大的爆炸。现在的铀分离是通过气体离心机完成的。六氟化铀以极高的轮辋速度在转鼓中旋转。在离心机的作用下，较重的U-238就像牛奶在奶瓶分离器里一样被吸引到外面，而富含较轻的U-235的气体就会从中心被提取出来。工程上的困难直到最近才被克服，使它无法在曼哈顿项目中使用。

在发现裂变后不到一年的时间里，科学家们意识到，如果把铀分解成更小的块，并用一种能减缓中子速度的材料分离，那么与普通金属铀发生连锁反应是可能的。

恩里科·费米于1939年初从意大利来到美国，他领导建造了第一个反应堆，也就是人们所说的原子堆——在芝加哥大学斯塔格球场看台下的一个壁球场上。他的团队在1942年12月2日实现了第一次自我维持可控的核能释放。

核裂变的三个步骤

1. 它可能引起U-235原子的裂变
2. 从金属中逃到非裂变环境中，或者
3. 被U-238吸收而不会引起裂变。

为了使第一种命运更有可能发生，铀被分成不同的小块，并以固定的间隔埋在近400吨石墨中，石墨是一种常见的碳。一个简单的类比就阐明了石墨的作用

核聚变

在核聚变中，原子核结合在一起，或聚变。这只会在非常热的条件下发生。太阳和其他恒星一样通过核聚变产生热和光。在太阳中，氢核聚变生成氦。氢弹是人类最强大、最具破坏性的武器，也是通过核聚变产生的。

启动聚变反应所需的热量是由原子弹提供的。氢核融合形成氦，在这个过程中，它释放出巨大的能量。尽管它提供了一个巨大的爆炸。

当原子核带正电时，就会发生核聚变;它们通常必须以非常高的速度在其它物体中碰撞，以克服电排斥。所需的速度与太阳和恒星中心的极高温度相对应。

高温引起的聚变称为热核聚变，热核聚变是通过高温将原子核焊接在一起。在太阳炎热的中心，每秒大约有6.57亿吨氢转化为6.53亿吨氦。

失去的四百万吨物质以辐射能的形式释放出来。确切地说，这种反应就是核燃烧。核聚变的大部分能量是碎片的动能，主要是中子。当中子停止并被捕获时，聚变产生的能量就转化为热能。在未来的核聚变反应中，一部分热量转化为电能。

热核聚变与普通的化学燃烧相似。在化学燃烧和核燃烧中，高温都会引起反应;反应释放出的能量维持了足够高的温度，使火得以蔓延。

化学反应的最终结果是原子结合成更紧密的分子。在核反应中，最终结果是原子核结合更紧密。化学燃烧和核燃烧的区别本质上是一个尺度上的区别。

核能历史上的里程碑

• 1942年12月2日:当恩里科·费米在一堆铀中产生连锁反应时，芝加哥大学开始了核时代。

• 1945年8月6日，美国在日本广岛投下一颗原子弹，造成10万多人死亡。

• 1945年8月9日，美国在日本长崎投下一颗原子弹，造成4万多人死亡

• 1952年11月1日，第一次看到氢弹(比原子弹威力大几千倍)被美国进行爆炸试验
• 1956年2月21日:第一个主要的发电厂在英国投入使用。

人们害怕核的后果，因为如果不谨慎控制，核是有害的。自从俄罗斯切尔诺贝利核电站爆炸以来。如果建立核电站，同样的事情也会发生，人们会感到害怕。尽管核能有其后果，但仍有其优势。

核能的利弊

核能的优势

• 地球上的煤和石油供应有限。在煤和石油变得稀缺之后，核电站仍然可以发电。
• 核电站比燃烧化石燃料的核电站需要更少的燃料。一吨铀产生的能量比一百万吨煤或百万桶石油产生的能量还要多。
• 燃烧煤炭和石油的工厂污染空气。运行良好的发电厂不会污染环境。

核能的缺点

世界各国现在拥有的核弹足以杀死地球上的每一个人。最强大的国家——俄罗斯和美国——总共拥有大约5万枚核武器。

如果发生核战争怎么办?如果恐怖分子拿到了核武器怎么办?或者，如果核武器是意外发射的呢?

• 核爆炸产生辐射。核辐射会伤害人体细胞，使人生病甚至死亡。人们在暴露于核辐射多年后仍可能患病。
• 一种可能的反应堆灾难被称为熔毁。在这样的事故中，裂变反应失去控制，导致核爆炸并释放出大量的辐射。
• 1979年，宾夕法尼亚州哈里斯堡附近的三里岛核反应堆的冷却系统出现故障。辐射泄漏，迫使成千上万的人逃离。问题在完全熔毁发生前几分钟就解决了。幸运的是，没有人死亡。
• 1986年，更严重的灾难袭击了俄罗斯的切尔诺贝利核电站。在这次事故中，大量的放射性物质从反应堆中逸出。成千上万的人暴露在辐射之下。几天之内就有几十人死亡。在未来几年，还有数千人可能死于辐射引发的癌症。
• 核反应堆也有废物处理问题。反应堆产生的核废料会释放出危险的辐射。因为它们会杀死碰过它们的人，它们不能像普通垃圾一样被扔掉。目前，许多核废料都储存在核反应堆的特殊冷却池中。
• 美国一直在计划将核废料转移到一个偏远的地下垃圾场。
• 1957年，在距离莫斯科数百英里的俄罗斯乌拉尔山脉的一个垃圾场，掩埋的核废料神秘爆炸，造成数十人死亡
• 核反应堆的寿命只有四五十年

核能的未来

有些人认为核能会继续存在下去，我们必须学会随它而去。另一些人说，我们要消除所有核武器和权力，双方都有自己的理由，因为它们是核武器的利弊。还有一些人的观点介于两者之间。

核能是终结不可再生化石燃料消费模式、减少气候变化威胁的解决方案。