原子能

原子能

原子能（Atomic Energy）是指原子核發生變化時所釋放的能量，又稱核能（Nuclear Energy）。這種能量源自原子核內部的結構變化，包括核裂變和核聚變兩種主要形式。原子能的發現標誌著人類能源利用進入新紀元，其能量密度遠高於傳統化學能。

• 1896年：法國科學家貝克勒爾發現鈾元素的天然放射性

• 1905年：愛因斯坦提出質能方程式E=mc²，奠定原子能理論基礎

• 1938年：德國科學家哈恩和斯特拉斯曼發現鈾核裂變現象

• 1942年：費米領導團隊在芝加哥大學建成首座核反應堆

• 1945年：美國成功研製並使用原子彈，開啟原子能軍事應用時代

• 1954年：蘇聯建成世界首座核電站，原子能開始和平利用

核裂變（Nuclear Fission）

重原子核（如鈾-235或鈽-239）吸收中子後分裂成較輕的原子核，同時釋放大量能量和2-3個新中子。這些新中子可能引發鏈式反應，使核裂變持續進行。

核聚變（Nuclear Fusion）

輕原子核（如氫的同位素氘和氚）在高溫高壓條件下結合成較重的原子核，過程中質量虧損轉化為巨大能量。太陽等恆星的能源即來自核聚變。

能源發電

• 核電站利用受控核裂變產生蒸汽驅動渦輪發電

• 全球約10%電力來自核能，法國核電占比高達70%

• 第三代核電技術提高安全性和經濟性

軍事應用

• 原子彈：不可控鏈式反應釋放巨大破壞力

• 氫彈：利用核裂變引發更高能量的核聚變

• 核動力航母/潛艇：提供長期持續動力

醫療與工業

• 放射性同位素用於癌症治療（如鈷-60放療）

• 工業探傷、食品輻照保鮮

• 核能供熱、海水淡化等綜合利用

優勢：

• 能量密度極高：1公斤鈾-235完全裂變釋放能量≈2700噸標準煤

• 溫室氣體排放少，有助緩解氣候變化

• 燃料運輸儲存成本低，適合電力基荷

挑戰：

• 核廢料處理難題，高放廢物需安全隔離數萬年

• 核事故潛在風險（如切爾諾貝爾、福島事故）

• 核擴散風險與國際安全問題

• 公眾接受度與選址爭議

• 縱深防禦原則：設置多重物理屏障和保護系統

• 輻射防護三原則：時間、距離、屏蔽

• 國際原子能機構（IAEA）監管體系

• 核應急預案與撤離演練

• 先進安全技術：被動安全系統、熔鹽堆等

• 第四代核電系統：更高安全性、經濟性和防擴散特性

• 可控核聚變：ITER國際熱核聚變實驗堆等項目推進

• 小型模塊化反應堆（SMR）：靈活部署、降低投資風險

• 核能多元化應用：制氫、區域供熱等

• 加速器驅動次臨界系統（ADS）：處理核廢料新途徑

• 國際原子能機構（IAEA）：1957年成立，促進和平利用核能

• 不擴散核武器條約（NPT）：1968年簽署，防止核擴散

• 全面禁止核試驗條約（CTBT）：1996年通過，限制核試驗

• 核安全公約：加強全球核電站安全標準

原子能作為20世紀最重大的科學發現之一，其發展體現了人類對能源利用的不懈追求。在應對氣候變化和能源轉型的當下，安全、高效地利用原子能將繼續成為全球能源戰略的重要組成部分。