《學(xué)術(shù)論文寫作》報(bào)告

1、學(xué)術(shù)論文寫作課程論文關(guān)于核能發(fā)電的研究姓 名：學(xué)院(系)：專業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：南京航空航天大學(xué)二一二年四月九日關(guān)于核能發(fā)電的研究摘要: 核能是人類歷史上的一項(xiàng)偉大發(fā)明,是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特愛因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=質(zhì)量，c=光速常量。核能通過三種核反應(yīng)之一釋放：1、核裂變，打開原子核的結(jié)合力。2、核聚變，原子的粒子熔合在一起。3、核衰變，自然的慢得多的裂變形式。關(guān)鍵詞：核能；核燃料；核裂變；核能發(fā)電 The research about nuclear power Abstract: Nuclear power in the histo

2、ry of mankind is a great invention, is through the transformation from the quality of energy released nucleus, accord with Albert Einsteins equation E = Mc&sup 2; , including E = energy, m = quality, c = the speed of light constants. Nuclear power through one of three nuclear reactions release: 1, n

3、uclear fission, open the adhesion strength of the nucleus. 2, nuclear fusion, fusion of atomic particles together. 3, nuclear decay, natural more slowly in the form of fission. Keywords: nuclear power; nuclear fuel; nuclear fusion ; nuclear energy power generation1核能概述1.1核能發(fā)電原理核能發(fā)電的能量來自核反應(yīng)堆中可裂變材料(核燃

4、料)進(jìn)行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾-235、钚- 239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個(gè)碎片，同時(shí)放出中子和大量能量的過程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變并放出兩三個(gè)中子。若這些中子除去消耗，至少有一個(gè)中子能引起另一個(gè)原子核裂變，使裂變自持地進(jìn)行，則這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的前提。利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。除沸水堆外（見輕水堆），其他類型的動(dòng)力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三

5、回路的水，然后形成蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個(gè)大氣壓左右的過飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，利用產(chǎn)生的水蒸氣推動(dòng)蒸汽輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。核反應(yīng)所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當(dāng)多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%4%，其馀皆為無法產(chǎn)生核分裂的鈾238。1.2核能發(fā)電的歷史發(fā)展 第一個(gè)成功的核裂變實(shí)驗(yàn)裝置在1938年的柏林被德國科學(xué)家奧托哈恩、莉澤邁特納和弗瑞茲斯特拉斯曼制成。 在第二次世界大戰(zhàn)中，

6、一些國家致力于研究核能的利用，它們首先研究的是核反應(yīng)堆。1942年12月2日，恩里科費(fèi)米在芝加哥大學(xué)建成了第一個(gè)完全自主的鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)堆，在他的研究基礎(chǔ)上建立的反應(yīng)堆被用來制造轟炸了長(zhǎng)崎的原子彈“胖子”中的钚。在這個(gè)時(shí)候，一些國家也在研究核能，它們的研究重點(diǎn)是核武器，但同時(shí)也進(jìn)行民用核能的研究。 1951年12月20日人類首次用核反應(yīng)堆產(chǎn)生出了電能，這個(gè)核反應(yīng)堆位于愛達(dá)荷州Arco的EBR-I試驗(yàn)增殖反應(yīng)堆，它最初向外輸出的功率為100kW。 1952年，帕雷委員會(huì)（“總統(tǒng)的材料政策委員會(huì)”的簡(jiǎn)稱）向當(dāng)時(shí)的美國總統(tǒng)哈利S杜魯門提交了一份報(bào)告，這份報(bào)告認(rèn)為核能的前景“相當(dāng)悲觀”，它建議應(yīng)該讓科學(xué)家

7、們研究太陽能。 1953年12月，美國總統(tǒng)德懷特艾森豪威爾發(fā)表的名為“和平需要原子”的演說，這使美國政府開始資助一系列國際間的核能研究。 1954年6月27日，世界上第一個(gè)為電網(wǎng)提供電力的核電站在蘇聯(lián)的歐伯寧斯克開始運(yùn)行。這個(gè)反應(yīng)堆使用了石墨來控制核反應(yīng)并用水來冷卻，功率為5兆瓦。全世界第一個(gè)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的核反應(yīng)堆是位于英格蘭設(shè)菲爾德的Calder Hall，它于1956年開始運(yùn)行。它有一個(gè)Magnox型反應(yīng)堆，最初的輸出功率為 50兆瓦，后來提高到了200兆瓦。賓夕法尼亞州碼頭市的一個(gè)壓水型反應(yīng)堆是美國第一個(gè)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的反應(yīng)堆。 1954年，美國原子能委員會(huì)（美國核管理委員會(huì)的前身）的主席

8、說，人們談到核能時(shí)經(jīng)常會(huì)提到，如果廣泛應(yīng)用核能，電力在將來會(huì)變得很便宜，實(shí)際上這是錯(cuò)誤的。但是人們的這種想法已經(jīng)讓美國決定在2000年之前建造1000個(gè)核反應(yīng)堆。 在1955年聯(lián)合國的“第一次日內(nèi)瓦會(huì)議”中，世界上聚集了最多的科學(xué)家來一起探索核能這個(gè)新領(lǐng)域。1957年，歐洲原子能共同體（EURATOM）與歐洲經(jīng)濟(jì)共同體（即現(xiàn)在的歐盟）一同成立。同年成立的還有國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）。核反應(yīng)堆的功率提升迅速，從1960年代的不到1GW（吉瓦，GigaWatt）猛長(zhǎng)至1970年代的100GW，1980年代又升到了300GW。1980年以后，核反應(yīng)堆的功率的提升變得不那么迅速了，到2005年，功率

9、只上升到了366GW，大部分來自于中國的核能建設(shè)。 在1970年代和1980年代之間，建造核電站所需的巨額費(fèi)用（來自政府要求的提高和一些反對(duì)者的訴訟所要求的經(jīng)常性改進(jìn)）和下降中的化石燃料價(jià)格使建造當(dāng)中的核電站變得不那么吸引人。在20世紀(jì)后半葉，一些反對(duì)核能的運(yùn)動(dòng)開始興起，它們擔(dān)心的是核事故和核輻射，還反對(duì)生產(chǎn)，運(yùn)輸和儲(chǔ)藏核廢料。1979年的三哩島核泄漏事故和1986年的切爾諾貝利核事故成為了許多國家停止建造新核電站的關(guān)鍵理由。澳大利亞于1978年，瑞典于1980年，意大利于1987年都對(duì)建造核電站的問題發(fā)動(dòng)了全民公投，同時(shí)愛爾蘭的核能反對(duì)者成功地阻止了在該處核能計(jì)劃的實(shí)施。但布魯金斯學(xué)會(huì)表示，

10、美國政府沒有批準(zhǔn)新核電站的建造主要是由于經(jīng)濟(jì)原因，而非安全問題。1.3反應(yīng)堆種類 (一) 現(xiàn)今正在運(yùn)營(yíng)的核反應(yīng)堆可依裂變的方式區(qū)分為兩大類，各類中又可依控制裂變的手段區(qū)分為數(shù)個(gè)子類別： 1.核裂變反應(yīng)堆通過受控制的核裂變來獲取核能，所獲核能以熱量為形式從核燃料中釋出?，F(xiàn)行核電站所用的全為核裂變反應(yīng)堆，這也是本段的主述內(nèi)容。核裂變反應(yīng)堆的輸出功率為可調(diào)。核裂變反應(yīng)堆也可依世代分類，比如說第一、第二和第三代核反應(yīng)堆?，F(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)核反應(yīng)堆都為壓水式核反應(yīng)堆（PWR）。快中子式核反應(yīng)堆和熱中子式核反應(yīng)堆的區(qū)別會(huì)在稍后講到。總體來說，快中子式反應(yīng)堆產(chǎn)生的核廢料較少，其核廢料的半衰期也大大短于其它型式反應(yīng)堆

11、所產(chǎn)生的核廢料，但這種反應(yīng)堆很難建造，運(yùn)營(yíng)成本也高?？熘凶邮椒磻?yīng)堆也可以當(dāng)作增殖型核反應(yīng)堆，而熱中子式核反應(yīng)堆一般不能為此。 A. 壓水反應(yīng)堆 這種反應(yīng)堆完全以高壓水來冷卻并使中子減速（即使在溫度極高時(shí)也是這 樣）。大部分正在運(yùn)行的反應(yīng)堆都屬于這一類。盡管在三哩島出事的反應(yīng)堆就是這一種，一般仍認(rèn)為這類反應(yīng)堆最為安全可靠。這是一種熱中子式核反應(yīng)堆。中國大陸秦山核電站一期工程、大亞灣核電站和臺(tái)灣核三廠的反應(yīng)堆為此型。 B. 沸水反應(yīng)堆 這些反應(yīng)堆也以輕水作為冷卻劑和減速劑，但水壓較前一種稍低。正因如此，在這種反應(yīng)堆內(nèi)部，水是可以沸騰的，所以這種反應(yīng)堆的熱效率較高，結(jié)構(gòu)也更簡(jiǎn)單，而且可能更安全。其缺

12、點(diǎn)為，沸水會(huì)升高水壓，因此這些帶有放射性的水可能突然泄漏出來，。這種反應(yīng)堆也占了現(xiàn)在運(yùn)行的反應(yīng)堆的一大部分。這是一種熱中子式核反應(yīng)堆。臺(tái)灣核一廠和核二廠兩座發(fā)電廠的反應(yīng)堆為此型。 C. 壓重水式核反應(yīng)堆 這是由加拿大設(shè)計(jì)出來的一種反應(yīng)堆，這種反應(yīng)堆使用高壓重水來進(jìn)行冷卻和減速。這種反應(yīng)堆的核燃料不是裝在單一壓力艙中，而是裝在幾百個(gè)壓力管道中。這種反應(yīng)堆使用天然鈾為核燃料，是一種熱中子式核反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆可以在輸出功率開到最大時(shí)添加核燃料，因此能高效利用核燃料（因?yàn)榭勺骶_控制），并節(jié)省濃縮鈾的成本；只是重水很貴。大部分壓重水式反應(yīng)堆都位于加拿大，有一些出售到阿根廷、中國、印度（未加入防止核武

13、器擴(kuò)散條約）、巴基斯坦（未加入防止核武器擴(kuò)散條約）、羅馬尼亞和南韓。印度也在它的第一次核試爆后運(yùn)行了一些壓重水式核反應(yīng)堆（一般被稱為“CANDU的變種”）。中國大陸秦山核電站三期工程的反應(yīng)堆為此型。D.石墨輕水型核反應(yīng)堆 這是一種蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)，它在輸出電力的同時(shí)還產(chǎn)生钚。這種反應(yīng)堆用水來冷卻并用石墨來減速。RBMK型與壓重水型在某些方面具有相同之處，即可以在運(yùn)行中補(bǔ)充核燃料，并且使用的都是壓力管。但是與壓重水型不同的是，這種反應(yīng)堆不穩(wěn)定，并且體積太大，無法裝置在外罩安全殼的建筑物里，這點(diǎn)很危險(xiǎn)。RBMK型還有一些很重大的安全缺陷，盡管其中一些在切爾諾貝利核事故后被改正了。一般認(rèn)為RBMK型是最危

14、險(xiǎn)的核反應(yīng)堆型號(hào)之一。切爾諾貝利核電站擁有四臺(tái)RBMK型反應(yīng)堆。E.氣冷式反應(yīng)堆和高級(jí)氣冷式反應(yīng)堆 這種反應(yīng)堆使用石墨作為減速劑，并用二氧化碳作為冷卻劑。其工作溫度較壓水式反應(yīng)堆更高，因此熱效率也更高。一部分正在運(yùn)行的反應(yīng)堆屬于這一類，大部分位于英國。老式的核電站（也就是Magnox式）已經(jīng)或即將關(guān)閉。但高級(jí)氣冷式核反應(yīng)堆還會(huì)繼續(xù)運(yùn)行10至20年。這是一種熱中子式核反應(yīng)堆。關(guān)閉這種核電站的費(fèi)用很高，因其反應(yīng)爐核心很大。F. 液態(tài)金屬式快速增殖核反應(yīng)堆（LMFBR） 這種反應(yīng)堆使用液態(tài)金屬作為冷卻劑，而完全不用減速劑，并且在發(fā)電的同時(shí)生產(chǎn)出比消耗量更多的核燃料。這種反應(yīng)堆在效率上很接近壓水式反應(yīng)

15、堆，而且工作壓力不需太高，因?yàn)橐簯B(tài)金屬即使在極高溫下也不需加壓。法國的超級(jí)鳳凰核電站和美國的費(fèi)米-I核電站用的都是這種反應(yīng)堆。1995年，日本的“文殊”核電站發(fā)生液態(tài)鈉泄漏，預(yù)計(jì)將會(huì)在2008年重新開始運(yùn)行。這三個(gè)核電站都用到了液態(tài)鈉。這是一種快速中子式反應(yīng)堆而不是熱中子式反應(yīng)堆。液態(tài)金屬式反應(yīng)堆分為兩種： 液態(tài)鉛式反應(yīng)堆 這種反應(yīng)堆使用液態(tài)鉛來作為冷卻劑，鉛不但是隔絕輻射的絕佳材料，還能承受很高的工作溫度。還有，鉛幾乎不吸收中子，所以在冷卻過程中損失的中子較少，冷卻劑也不會(huì)變成帶放射性。與鈉不同的是，鉛是惰性元素，所以發(fā)生事故的機(jī)率也較小，但是，應(yīng)用如此大量的鉛就不得不考慮毒性問題，而且清理

16、起來也很麻煩。這種反應(yīng)堆經(jīng)常用的是鉛鉍共熔合金。在這種情況下，鉍會(huì)產(chǎn)生一些小的放射性問題，因?yàn)樗鼤?huì)吸收少量中子，而且也比鉛更容易變得帶放射性。 液態(tài)鈉式反應(yīng)堆 大部分液態(tài)金屬式反應(yīng)堆都屬于這一種。鈉很容易獲得，而且還能防止腐蝕。但是，鈉遇水即劇烈爆炸，所以使用時(shí)一定要小心。雖然這樣，處理鈉爆炸并不比處理壓水式核反應(yīng)堆中超高溫輕水的泄漏麻煩到哪里去。2.放射性同位素溫差發(fā)電機(jī)通過被動(dòng)的衰變來獲取熱量。一些放射性同位素溫差發(fā)電機(jī)被用來驅(qū)動(dòng)太空探測(cè)器（比如卡西尼-惠更斯號(hào)），蘇聯(lián)的一些燈塔，和某些心臟起搏器。這種發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱會(huì)隨著時(shí)間逐漸減少，其熱能通過熱電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能。 (二)幾種國內(nèi)外正在研

17、制的堆型 一些產(chǎn)生核能的其他設(shè)計(jì)，比如說德國第IV號(hào)反應(yīng)堆，是一些正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目的對(duì)象。它們?cè)趯砜赡軙?huì)投入實(shí)際應(yīng)用。一些改進(jìn)后的核反應(yīng)堆使反應(yīng)爐變得更干凈，更安全和或降低了散布核武器的風(fēng)險(xiǎn)。 超臨界水冷式反應(yīng)器 超臨界水冷式反應(yīng)器將比氣冷式反應(yīng)堆更高的效率與壓水式反應(yīng)堆的安全性結(jié)合到了一起，它在技術(shù)上遇到的挑戰(zhàn)可能比二者都大。在這種反應(yīng)器中，水會(huì)被加熱到臨界點(diǎn)。超臨界水冷式反應(yīng)器與沸水式反應(yīng)堆相似，但是超臨界水冷式反應(yīng)器中的水不會(huì)沸騰，因此它的熱效率也就比沸水式反應(yīng)堆高。這是一種超熱中子反應(yīng)堆。整合式快中子反應(yīng)堆 1980年代科學(xué)家建造，測(cè)試并評(píng)估了一個(gè)整合式快中子反應(yīng)堆，后在1990年

18、代由于克林頓政府的要求而被棄置，這是因?yàn)榭肆诸D政府的政策是防止核武器擴(kuò)散。這種反應(yīng)堆會(huì)將用過的核燃料回收，因此它只產(chǎn)生一點(diǎn)核廢料。本段結(jié)尾的鏈接是對(duì)于愛達(dá)荷州阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的前總管Charles Till博士的采訪，他介紹了整合式快中子反應(yīng)堆并解釋了它在安全性，效率，核廢料和其它幾個(gè)方面上的的優(yōu)點(diǎn)。 球床反應(yīng)堆這種反應(yīng)堆使用陶瓷球來包裝住核燃料，所以它比較安全。絕大多數(shù)的這種反應(yīng)堆使用氦作為冷卻氣體，氦不會(huì)爆炸，不會(huì)很容易地吸收中子而變得有放射性，也不會(huì)溶解能變得有放射性的物質(zhì)。典型的設(shè)計(jì)擁有比輕水式反應(yīng)堆的安全殼層數(shù)（一般為3層）更多層的安全殼（一般為7層）。一個(gè)它獨(dú)有的特點(diǎn)是，它的燃料球?qū)?/p>

19、際上組成了反應(yīng)爐的核心，而且可以一個(gè)一個(gè)地更換，因此這種反應(yīng)堆更安全。核燃料的這種設(shè)計(jì)使重新處理它們變得很貴。 SSTAR小型（Small）密封（Sealed）可運(yùn)輸式（Transportable）自主（Autonomous）反應(yīng)堆（Reactor）在美國是首要研究項(xiàng)目之一，它是一種相當(dāng)安全的增殖反應(yīng)堆。次臨界反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)更安全，但是在建造技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上還有一定困難。 釷反應(yīng)堆 在特殊的反應(yīng)堆中，釷-232可以轉(zhuǎn)變?yōu)殁?233。在這種情況下，比鈾的儲(chǔ)量更豐富的釷就可以用來制造鈾-233。鈾-233相對(duì)于鈾-235來說有一些優(yōu)點(diǎn)，它產(chǎn)生的中子更多，并且產(chǎn)生更少的長(zhǎng)半衰期超鈾元素核廢料。高級(jí)重水反應(yīng)

20、堆下一代的壓重水式核反應(yīng)堆，使用重水來作為減速劑。印度的巴巴原子研究中心（BARC）正在對(duì)此進(jìn)行研究。 KAMINI一種獨(dú)特的反應(yīng)堆，它使用鈾-233來作為核燃料。由巴巴原子研究中心和甘地原子研究中心建造。 印度正在建造一臺(tái)更大的快速增殖釷反應(yīng)器，為的是利用釷來獲取核能并控制它。 受人為控制的核聚變?cè)诶碚撋弦部梢蕴峁┖四埽⑶也倏v過程也不像錒系元素那么麻煩，但是在技術(shù)上還有許多難題等待解決?？茖W(xué)家已經(jīng)建造了幾個(gè)核聚變反應(yīng)堆，但是到目前為止，還沒有一個(gè)反應(yīng)堆輸出的能量比輸入的能量多。盡管科學(xué)家從1950年代就開始研究可控核聚變，但是一般認(rèn)為2050年以前不會(huì)有商業(yè)性的核聚變反應(yīng)堆投入應(yīng)用?，F(xiàn)在領(lǐng)

21、導(dǎo)著可控核聚變研究的是ITER1.4核能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染。 2.核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。 3.核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。 4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送。 5.核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。 缺點(diǎn)要用反應(yīng)堆產(chǎn)生核能，需要解決以下10個(gè)

22、問題： 1.為核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供必要的條件，使之得以進(jìn)行。 2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須能由人通過一定裝置進(jìn)行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電，還會(huì)釀成災(zāi)害。（如切爾諾貝利核電站和福島核電站等等） 3.裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量要能從反應(yīng)堆中安全取出。 4.裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對(duì)人體危害很大，必須設(shè)法避免它們對(duì)核電站工作人員和附近居民的傷害。 5.核能電廠會(huì)產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對(duì)相當(dāng)大的政治困擾。 6.核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裏，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。 7.核能電廠投資成本太

23、大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高。 8.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。 9.興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭(zhēng)。 10.核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。1.5 核燃料 核反應(yīng)堆只是核燃料循環(huán)中的一部分。整個(gè)循環(huán)從核燃料的開采開始。一般來說，鈾礦不是露天開采的條帶礦，就是原地開采的過濾型礦。在任意一種情況下，鈾礦石都會(huì)被提取出來，并被轉(zhuǎn)為穩(wěn)定且緊密的形式（例如黃鈾餅），然后被送到處理工廠。在這里，黃鈾餅會(huì)被轉(zhuǎn)化為六氟化鈾，之后會(huì)被提純。在這時(shí)，包含了0.7%以上鈾-235的提純鈾會(huì)被加工成各種形狀大小的燃料棒。被送到核電站后，這些燃料棒會(huì)在

24、反應(yīng)堆中待上大約3年，在這3年中，它們會(huì)消耗自身包含的鈾的3%，在這之后，它們會(huì)被送到乏燃料水池，在這里，核裂變中產(chǎn)生的一些半衰期短的同位素會(huì)衰變掉。在這里呆上大約5年后，這些核燃料的放射性會(huì)降低到安全范圍之內(nèi)，之后就會(huì)被裝進(jìn)干的儲(chǔ)藏容器永久儲(chǔ)藏，或被送到再處理工廠進(jìn)行再處理。核燃料的來源 鈾是一種常見的化學(xué)元素，陸地上和海洋中的每個(gè)地方都存在著鈾。它就跟錫一樣常見，儲(chǔ)量比金高500倍。大部分種類的巖石和土壤都包含著鈾，盡管濃度極低?，F(xiàn)在，比較經(jīng)濟(jì)的鈾儲(chǔ)藏地的鈾濃度至少為0.1%。以現(xiàn)在的花費(fèi)速度來算，地球上可被提取的鈾還可用50年。在這種情況下，將鈾的價(jià)格提高一倍會(huì)將核電站的運(yùn)行成本提高5%

25、。但是，如果將天然氣的價(jià)格提高一倍，那么天然氣的供應(yīng)成本會(huì)提高60%。將煤的價(jià)格提高一倍會(huì)將煤的供應(yīng)成本提高30%。鈾的提純會(huì)產(chǎn)生出許多噸貧鈾（DU），它包含了鈾-238和大多數(shù)鈾-235。鈾-238有幾種商業(yè)上的應(yīng)用，比如說飛機(jī)制造，輻射防護(hù)，制造子彈和裝甲，因?yàn)樗哂斜茹U更高的的密度。一些證據(jù)顯示過度接觸鈾-238的人會(huì)得疾病，這些人包括坦克乘員和在有大量貧鈾存在的地區(qū)居住的居民?，F(xiàn)在的輕水反應(yīng)堆遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有能充分利用核燃料，這造成了浪費(fèi)。更有效的反應(yīng)堆或再處理技術(shù)將會(huì)減少核廢料的數(shù)量，并且能更好地利用資源。與現(xiàn)在使用鈾-235（占天然鈾的0.7%）的輕水反應(yīng)堆不同的是，快速增殖反應(yīng)堆使用的是

26、鈾-238（占天然鈾的99.3%）。鈾-238估計(jì)可供核電站使用50億年。增殖技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在了幾個(gè)反應(yīng)堆中。至2005年12月，唯一正在向外界提供能量的增殖反應(yīng)堆是位于俄羅斯別洛雅爾斯克的BN-600。（BN-600的輸出功率為600兆瓦，俄羅斯還計(jì)劃在別洛雅爾斯克核電站建造另一個(gè)反應(yīng)堆，BN-800）還有，日本的“文殊”反應(yīng)堆也在準(zhǔn)備重新起用（它從1995年起就被關(guān)閉了），中國和印度也在計(jì)劃建造增殖反應(yīng)堆。由釷轉(zhuǎn)化而得的鈾-233也可以用做核裂變?nèi)剂?。地球上釷的儲(chǔ)量為鈾的儲(chǔ)量的三倍，而且理論上所有這些釷都可被用來進(jìn)行增殖，這使釷的潛在市場(chǎng)大于鈾的市場(chǎng)。與用鈾-238來制造钚不同的是，用釷來

27、制造鈾-233不需要快速增殖反應(yīng)堆，它在常規(guī)增殖反應(yīng)堆中的表現(xiàn)已經(jīng)很令人滿意了。計(jì)劃中的核聚變反應(yīng)堆使用的核燃料是氘，一種氫的同位素，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)也會(huì)用到鋰。以現(xiàn)在人類消耗能量的速度來看，地球上可開采的鋰還可以用3000年，海洋中的鋰可用6000萬年，如果核聚變反應(yīng)堆只消耗氘的話，它們可以工作1500億年。相比之下，太陽只剩下了50億年的壽命。 而地球的碳水化合物生物壽命，只剩下不到20億年了。固體廢料現(xiàn)在的核電站產(chǎn)生的廢料太多。一臺(tái)大型核反應(yīng)堆每年會(huì)產(chǎn)生3立方米（25-30噸）的核廢料。這些核廢料中主要包含沒有發(fā)生裂變的鈾和大量錒系元素中的超鈾元素（大部分是钚和鋦）。3%的核廢料是裂變產(chǎn)物。核

28、廢料中的長(zhǎng)半衰期成分為錒系元素（鈾，钚和鋦），短半衰期成分為裂變產(chǎn)物。核廢料具有強(qiáng)放射性，并且需要特別小心地控制。剛從核反應(yīng)堆出來的核廢料可在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)使人致死。但是，核廢料的放射性會(huì)隨著時(shí)間減少。40年后，它的放射性與剛從反應(yīng)堆出來時(shí)相比，已經(jīng)減少了99.9%，盡管如此它的放射性還是很危險(xiǎn)。核廢料的儲(chǔ)藏和處理是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于核廢料具有放射性，它必須存放在具有輻射防護(hù)的水池中（乏燃料池），在這之后它一般會(huì)被送到干燥的地窖或防輻射的干燥容器中進(jìn)行儲(chǔ)藏，直到它的輻射量降低到可以進(jìn)行進(jìn)一步處理的程度。由于核燃料種類的不同，這個(gè)過程通常要持續(xù)幾年到幾十年的時(shí)間。美國大多數(shù)的核廢料現(xiàn)在都在短期的儲(chǔ)藏地點(diǎn)，人們正在討論建造永久儲(chǔ)藏地點(diǎn)。美國猶加山的地下儲(chǔ)藏室被提議成為永久的儲(chǔ)藏地點(diǎn)。核廢料的數(shù)量可以通過幾種方法來減少，其中核燃料再處理效果最為顯著。即使這樣，剩余的核廢料如果不包含錒系元素，還會(huì)持續(xù)300年保持強(qiáng)放射性，如果包含錒系元素，則會(huì)持續(xù)幾千年保持強(qiáng)放射性。即使將核廢料中的錒系元素全部除去，并使用快速增殖反應(yīng)堆通過嬗變將一些半衰期長(zhǎng)的非錒系元素也除去，核廢料還是要在一百至幾百年內(nèi)與外