核能的利用方式有哪些？深入了解其应用领域与技术发展

核能的利用方式有哪些

接下来具体说说深入了解其应用领域与技术发展

核能居然是清洁能源？除了制造核武器，核能还能运用在哪些方面？

中国第四代核武即将问世，但令人惊讶的是，它却和前三代核武器完全不同，不用通过原子弹引发聚变，没有核污染，也不会产生核辐射。这不由得让人感到惊讶与兴奋，核能既然做成炸弹都不会产生污染的话，那它运用在其他领域会怎样呢？

核能发电，清洁环保无污染

2020年，我国有70%到80%的石油要从国外进口，随着对石油天然气等化石资源进口的依赖越来越大，我们国家迫切需要核能来解决能源危机。

因为核能虽然不是可再生资源，但是它是一种清洁能源。

核能居然是清洁能源？

没错，核能的确属于清洁能源。

举个例子，核电站每年要用掉80吨核燃料，那么两支标准货柜就可以将全部的核燃料运完，但如果要达到同样发电效果的话，则需要燃烧515万吨煤，需要用705个装载量20吨的大卡车才能运走。这意味着使用核燃料的话， 其成本不仅远低于燃煤，还能缓解交通运输压力 。

而且与会产生有害物质的化石燃料相比，核能不会排放会造成环境污染的有害物质。2018年，我国的火电的碳排放量就占据了全国总排放量的43%，而到了2021年上半年，中国新建的煤电和钢铁项目排放的二氧化碳量就约有1.5亿吨，相当于荷兰全国的总排放量。而在如今气候巨变的情况下，国家发改委能源研究所在《退役路径》报告中指出，中国应在2050年到2055年之间淘汰传统的燃煤电厂。

这也就意味着，运用核能发电已经是大势所趋。这不仅因为 核能反应所释放的能量能远远高于化石燃料燃烧所释放出来的能量 。而且核能还不容易受国际经济情势影响，相比较其他的发电方式来说，不仅实惠还稳定。

目前全世界共有438座核电站正在运行，总发电容量为353千兆瓦，占全世界发电量的16%，累计运行时间已经超过一万堆年（1堆年相当于核电站中的一个反应堆运行1年）。

而截至2022年6月，中国核电累计发电量超过1.35万亿千瓦时，相当于减少燃烧标准煤4.08亿吨，减少排放二氧化碳10.70亿吨，生态效益相当于植树造林368.85万公顷。

但是核能可不仅仅能用来发电，核反应产生电能的同时，产生的热能还能用于海水淡化、城市供热、提供高温蒸汽等等方面。

从核潜艇到航空母舰

既然核能可以**为热能，而热能又能转变为蒸汽，那么蒸汽就可以推动汽轮发电机组发电。世界各国军队的大部分潜艇和航空母舰都以核能为动力。

1961年，世界上靠前艘核动力航母“企业”号建成服役。它有惊人的续航力和更大的机动性，每一次更换核燃料后，都可以再连续航行10年。“企业”号的出现，标志着航空母舰的发展进入了新纪元。

而早在20世纪50年代，苏联政府在打造核动力潜艇的同时，也决定研制能用于民用船舶的核装置，并在1956年就将靠前代核动力破冰船“列宁”号送下水，开始担任苏联在北海航线的破冰和引导任务。

破冰船由于其特殊的工作性质，需要依靠自身动力强行冲击冰面以达到破冰效果，因此对船体的坚固程度要求相当高。虽然破冰船不需要高速行驶，但却需要强大的马力来对付足够坚固的浮冰，所以，核动力破冰船的优势远大于其他动力的破冰船。目前，俄罗斯正在建造世界上最大的破冰船LK-110YA，它比俄罗斯航母还要大，自主续航能力能达到8个月。

而我国的航母虽然现在还没有安装核动力，但中国新一代核动力破冰船雪龙3号的招标工作已经启动，西方国家认为我国此次制造的核动力破冰船标志着 中国将在水面舰艇用反应堆的道路上跨出重要的一步。

除了为船舶提供动力外，核能作为一种长时可靠的能源系统，也为航天器跨星系超远距飞行提供了可能。

核动力航天梦不再遥远

早在20世纪初，得知居里夫妇提炼出放射性元素镭之后，俄国航天之父齐奥尔科夫斯基就曾预言：“一吨重的火箭只要用一小撮镭，就足以挣断与太阳系的一切引力联系。”

美国政府也曾在1955年设想过一个天方夜谭的计划： 不再利用可控的核反应，而是用核爆炸来推动飞船 。简单来说，先在飞船中装上原子弹，之后让飞船起飞，然后每秒抛出1-4颗小型原子弹引爆，引发的巨大脉冲将推动这艘巨大的宇宙飞船前进。但由于这个计划是依靠原子弹爆炸作为动力，所以必然会产生核辐射污染，所以这个名为“猎户座计划”的研究最后胎死腹中。

后来，用核爆炸推动太空飞船的计划，转为了利用核热能推力技术。也就是在飞船上安装核反应堆，一旦点火成功，核反应堆能将氢气加热到3100开式温度，然后向飞船尾部喷射超热的氢气以产生推力。并且这种核热能推力技术的可行性于上世纪60年代获得了证实。

目前，运用于航天器上的核电源放射性同位素电源技术（RTG）已经比较成熟，在国内外航天中应用广泛，美国光从1961-2011年就发射了27个带有RTG技术的航天器。

而我国也从上世纪开始研究属于我们自己的核动力航天器研发计划，中国航天科技公司甚至计划2025年研制出可以重复使用的航天飞机，能够实现水平起降，用于太空旅游。嫦娥三号的总设计师孙泽周也说：“从技术发展上来讲，如果以后要对比如木星这些距离太阳更远的行星进行探测，完全依靠太阳能不太现实，这时对空间核动力的应用就会有比较大的需求 。”

不过，现阶段还是化学火箭的天下，美国和俄罗斯都声称核能火箭的发展还需要很长时间，而我国的相关项目最快也要21世纪50年代才有结果，到那时，我们至少要能在航天工程上做到对核聚变完全控制。

只不过，不管是航天火箭，还是航母潜艇，这些东西离我们普通人的生活多少有些遥远。但你知道核能在医疗领域也大展身手了吗？

从医疗仪器到药物，核能无处不在

核能在医疗领域的发展与应用，最常见的莫过于大家都熟悉的X光和核磁共振检查了。

我们在医院里拍片、做胸透等，主要利用的就是加速后的电子撞击金属靶制造的X射线，用于探测骨骼和软组织是否产生了病变。

但除了X射线外，原子衰变裂解时放出的伽马射线（γ射线），由于具有穿透性和对生物细胞的破坏作用，被广泛用于医疗用品消毒方面，还能对患有特定肿瘤的患者定向发射治疗。数据显示，2015年我国放疗单位共有各类放疗设备2849台，伽马刀和X刀约占13.4%。而核磁共振没有放射性，对人体非常安全，主要用于肿瘤、心脏病及脑血管疾病的早期筛查。

当然，除此之外，核能还能用来制作药物，有一种名叫“亚甲基二膦酸”的药物里就含有了微量的人造元素：锝-99，这种药物在治疗类风湿性关节炎上有比较好的临床治疗效果，能减轻病患的疼痛，延缓疾病的发展。

截至2018年，全球核素药物市场约130亿美元，年增长率达到了18%，而我国的核素药物市场和核医学也在迅猛发展，从2013年-2017年，核素药物市场规模就从20亿元增长到了43.8亿元。根据数据显示， 预计2022年我国核医学市场将达到106.34亿美元。

有数据显示，预计到2030年，全球核医学市场规模将达到140-300亿美元，未来复合增长率会超过16%，届时预计核医学治疗市场占比约65%，核医学诊断市场占比约35%，将在未来的医学治疗中占据重要地位。

那么除了医疗领域，核能还参与了我们的那些日常生活呢？

日常生活中的核能应用

X射线可不光能在医院使用，在飞机场、火车站、地铁站等需要安检的地方，我们携带的行李都要经过X射线安检仪。不过行李安检仪的辐射剂量远远小于医疗诊断用的X光机，人在靠近X射线安检仪5厘米的地方停留50个小时，才会有相当于1次X光胸透的辐射量。

不过，安检仪还不算离我们生活最近的核能应用，屋里安装的烟雾报警器才是，它的传感器内也使用一种放射性物质：镅-241。这种放射性物质能够产生电流，当烟雾中的烟粒子进入传感器后，就会扰乱电流，从而导致报警器响起声音。

不仅如此，大家一定还在电视上看过考古学家用碳-14来进行文物年代鉴定，但大家知道吗， 碳14技术其实也属于核能的用途之一 。当然，碳-14不仅能在考古上运用，如今也被拓展应用到了医学、环保、新药开发等领域。今年我国首批碳-14批量化生产在中核集团秦山核电站正式启动，标志着我国碳-14的生产方式开启了自主化道路，未来其产量可以基本满足国内的要求，解决国内碳-14同位素的供给问题。

如今面对全球的能源危机，许多国家和地区都越来越重视核能在各个领域的发展，尤其是亚洲，目前核能的发展势头非常明显。在追求“碳中和”的背景下，现在全球都鼓励发展核能，就连东南亚国家在核能领域的投资，也预计会有所增加。

只不过，核能有利也有弊，核能造成的危害已有不少前车之鉴，相信在后续对核能的使用中，能做得比以前更好。

参考文章：

赵博.北极巨兽：核动力破冰船[J].中国船检. 2020,(12)

苏光辉, 章静, 王成龙.核能在未来载人航天中的应用[J].载人航天. 2020,26(01)

其他标题：

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两个集装箱的核燃料，居然抵得过515万吨煤？核燃料的能量有多强

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清洁能源——核能是怎么利用的，它的工作原理你知道吗？

你是否曾经与他人议论与核能有关的话题呢？核能的工作原理是什么呢？我们发现这令人感到困惑。今天皓客将与你谈谈核能的话题。

所有的一切起源于1940年代，在战争的恐怖及核弹的冲击之后，核能被承诺将会成为和平的新科技。用于帮助世界步回正途。每个人都让他们的想象力自由驰骋。将能免费产生电力吗？核能能使南极适于人居住吗？将会出现以核能作为动力的汽车飞机或是房子吗？这些看似只再差几年的努力而已了。其中一件事是毋庸置疑的，未来将是原子的时代。短短几年后原子时代的问题浮现。

事实证明核能过于繁复且昂贵。在纸上讨论如何把物理应用在工程学上很容易。但在现实中则不能。除此之外，私有公司皆认为核能具有高风险。以投资的层面来讲，他们大多数更加愿意使用天然气，煤炭和石油。但是仍有许多人不愿意就这么放弃。放弃原子时代的承诺，放弃令人兴奋的新科技，大量廉价电力的大好美景，不再依赖石油及天然气进口的前景，以及某些原因而对原子武器产生的渴望。提供了继续前进的强大动力。因为中东战争而导致全球油价飞涨。

核能的巅峰，终于在1970年代时到来了。而现在商业兴趣与投资以令人炫目的步调。在1970年与1985年间，兴建了目前世界上大多的核子反应炉。但是该选择何种建造，又有多少种类可供选择。一个不被看好的候选人，令人惊讶的胜出了。轻水反应炉。他既不创新，也不是科学家所推荐。但是他有些决定性的优点。它早已存在，它能运作，而且他并不会贵的惊人。那么一座轻水反应炉是在做些什么呢？

它的基本运作原理惊人的简单。它利用人工连锁反应加热水。核分裂释放出多个数百倍的能量，超过任何化学反应所能做到的。非常不稳定的超重金属如铀-235，被中子撞击，中子被吸收的结果导致不稳定。大多数的时间它会快速的分裂成较轻的元素。一些额外的自由中子，且以辐射的形式释放出能量。辐射会加热周遭的水，而中子则不断和其他原子重复这个反应，放出更多的辐射和中子。在一个受严密监控的反应下，这和核弹快速且破坏力大的失控反应截然不同。在我们的轻水反应炉中，需要一个调节器控制中子的能量。平凡又简单的水非常的实用，因为水也能被用来推动涡轮。轻水反应炉变得十分广泛，因为它既简单又便宜。然而它并非最安全，最有效率最有技术品质的核能反应炉。

而对核能复兴的炒作仅持续了20年，1979年，滨州三哩岛核电厂，勉强从一场炉心溶解的灾难中逃脱。1986年车诺比的灾难用蕈壮云直接震撼了中欧。而2011年的福岛核灾引起了一波新的关注讨论。但1980年代218个新核能发电厂激活时。他们的数量和产电量就一直停滞不前，直到80年代末。

那么现在的处境如何呢？今天核能占了世界能源中的10%。有439座核电厂，分布在31个国家。2015年大约有70座新核电厂施工中。他们所处的国家大多发展迅速。总而言之，世界上有116座新核电厂在计划中。大多数的核电厂使用25年前的老技术。有80%以上的各式轻水反应炉。今天许多国家面临着一个选择，更换老旧的反应炉。换成可能较有效率，但未曾受式的新反应炉。或是摆脱核能，转而寻求更新或更旧的技术。其中对花费及环境的冲击也不同。

以上就是核能的利用方式有哪些？深入了解其应用领域与技术发展的详细内容，希望通过阅读小编的文章之后能够有所收获！