所謂核能,就是指發生在原子內部原子核量級的反應,在這個過程中,
發生的虧損就會以能量的形式釋放出來。
核能的獲取
如今比較常用的核能形式,就是核裂變能,
這時主要應用到的就是鈾235
。
當中子撞擊鈾235的原子核後,
其會分裂成兩個新的原子核
,隨即產生熱量,並且同時產生兩三個中子,繼而撞擊其他鈾235。
如此迴圈下去,
就會形成一套鏈式反應
,這也就是核裂變產生能量的過程。
現在大家瞭解較多的是應用於軍事領域的核彈,以及用來
發電的核電站
。
核裂變
不過,核能的應用比我們想象的要廣泛很多,
在海陸空三個領域都有使用
。
核能在海洋中的使用
早在上個世紀,
以美國、前蘇聯為首的國家
,就一直在研究核能的使用。
1955年,美國第一次將採用壓水堆核動力的
舡魚號潛艇
送入海洋。
並且在1957年,
建成第一座和舡魚號系統完全相似的商用核電站
,由此開啟在和平年代利用核能的先河。
世界上第一座核電站
如今,核在海上的應用,主要是
核動力艦船和核能海水淡化
。
隨著核動力的發展,在
潛艇、航空母艦和破冰船
中,都有廣泛應用。
因為核裂變在發生的過程中,
不需要氧氣的參與
,所以核潛艇可以在水下長時間工作。
核潛艇
此外,考慮到核能的密度極大,
僅需要少量的核燃料就可以使艦船執行很長時間
,所以在這方面,核動力具有重要作用。
而在海水淡化方面,
可以採用小型反應堆進行
。
世界上的淡水資源並不多,其中絕大部分還位於儲存在
南極冰川
中。
而面對沿海地區日益發展的經濟,
只能透過超采地下水滿足日常用水
,這隻會讓水資源的壓力越來越大。
淡水大部分儲存在冰川中
於是人們想到,
將海水進行淡化
,以此提供更多的淡水資源。
最開始採用的海水淡化方式,
需要大量的電力和蒸汽成本
。
直到1973年,前蘇聯利用快增殖反應堆進行海水淡化實驗後
,發現利用核能淡化海水的經濟性更高
。
隨著進一步的研究和發展,在上世紀九十年代後,
將核能應用到海水淡化技術就得到了國際原子能機構和大多數國家的重視。
核能海水淡化
這種方式,主要是透過核電站或低溫核反應堆,
與海水淡化廠進行耦合
。
在這個過程中,需要利用反應堆直接產生的蒸汽,
與核電站汽輪機抽氣進行的蒸餾淡化
,並且還需要利用核電進行的膜法等。
現如今,我國中核集團、中廣核、國家電投等國內三大核電站都在進行
小型核反應堆的研發與使用
。
中國核電站
這種小堆的重要功能之一,就是
海水淡化
,如果這一技術進行推廣,那麼就能在很大程度上解決沿海地區人們的用水問題。
核能在空天的應用
在空天領域,
核能也是航天發展的重點
。
幾十年的航天活動中,
人們最長使用的就是化學能與太陽能
,但是隨著深空探測的發展,這兩種能源受到了很大的限制。
航天領域運用的太陽能
首先單位質量的重核裂變物質產生的能量,
是化學能的數百萬倍
。
其次在深空中,
無法一直使用太陽能
,隨著與太陽的距離逐漸拉大,接收到的太陽能就越來越少。
對此,人們要繼續進行太空探索,
就需要利用核電源以及核推進
。
太陽能在深空中有限
太空核電源
太空核電源可以分為
放射性同位素電源和反應堆電源
,它們都可以將釋放的熱能轉化為靜態和動態兩種電能。
目前僅有美國和俄國成功應用了太空核電能源,其中美國在1961-1998年間,就製造了43臺放射性同位素溫差發電器,並應用於
導航、通訊和氣象等領域
。
太空核能裝置
而蘇聯則側重發展反應堆電源,自上世紀六十年代起,到1989年,
就已經發射了35個反應堆
,作為太空軍事偵察衛星電源。
而如今,
我國在太空核電源也得到了進一步發展
。
自2019年起,我國就在研製太空核反應堆,並且在2020年中國國際核工業展覽會上,展示了這個名為
“玲龍一號”的小型反應堆
。
“玲龍一號”小型反應堆
儘管由於它的高度大約14,長寬大約10米,
單臺輸出功率達14萬匹馬力
,但是要將他應用在航空領域還是有些困難。
不過除此之外,據《南華早報》稱,
中國似乎正在研發能夠進行月球和火星探索的核反應堆
。
其產生的電力預計可以得到1000千瓦,是美國宇航局
Kilopower微型核反應堆,
發電能力的100倍左右。
微型反應堆
太空核推進
除此之外,將化學燃料發動機,換成
核火箭發動機
,可以進一步增強航天器的推力。
核推進不僅佔據空間不大,並且還具有
耐用、抗太空輻射和塵暴
的優勢。
它利用的也是核反應堆或放射性衰變的能量加熱工作介質,然後噴管因此膨脹後,
會高速排出併產生反作用推力
。
核火箭發動機
核能在陸地的應用
最後,
核能在陸地上的應用
,可以進一步加快汽車的發展。
由於大部分汽車使用的燃料主要是
汽油和柴油
,其排放的為尾氣中含有大量汙染物,對環境造成嚴重破壞。
所以人們便發明出了,包括燃料電池車、混合動力車、氫能動力車和太陽能車等
新能源汽車
。
新能源汽車
除此之外,
還有備受關注的核動力汽車
,早在上世紀四十年代,科學家就提出了這類汽車的構想。
美國福特汽車公司,在1958年設計出世界上第一款核動力概念汽車模型,
同年瑞士日內瓦車展上也展出了2款核動力概念車
。
不過隨著核動力概念車的進一步發展,人們也發現了用鈾235作為燃料並不適合。
直到2009年,經過長時間的研發後,
最終決定用釷作為燃料
,使其更具有安全性、經濟性。
核動力概念車
核能對於現代社會來說,已經成為了一種,
具有高效動能,並且具有環保性的能源
,相信隨著技術進步,這一能源在未來能夠為人類提供更大的便利。