目錄
1 概述
1.1 核能與宇宙的演變
1.2 放射性的發現
1.3 中子的發現與原子有核模型的建立
1.4 自持鏈式裂變反應的實現
1.5 核電工業發展歷程
1.6
熱核聚變能技術參考文獻
2 核物理基礎
2.1 原子與原子核
2.1.1 原子與原子核的結構和電荷
2.1.2 原子與原子核的質量
2.1.3 原子核的尺度與密度
2.1.4 原子核的微觀物理特性
2.2 放射性與原子核的穩定性
2.2.1 放射性衰變的基本規律
2.2.2 原子核的結合能與比結合能
2.2.3 原子核的β穩定性
2.3 射線與物質的相互作用
2.3.1 重帶電粒子與物質的相互作用
2.3.2 電子與物質的相互作用
2.3.3 γ射線與物質的相互作用
2.4 原子核反應
2.4.1 原子核反應的守恒定律與反應道
2.4.2 核反應的反應能
2.4.3 核反應截面與產額
2.4.4 核反應過程
2.5 中子物理學基礎
2.5.1 中子與物質相互作用
2.5.2 核裂變與核聚變
2.5.3 中子慢化與擴散
參考文獻
3 商用核電技術
3.1 核裂變反應堆物理熱工設計
3.1.1 鏈式裂變反應與反應堆臨界
3.1.2 反應堆時空動力學
3.1.3 反應性、反應性系數與剩余反應性
3.1.4 反應堆釋熱與冷卻
3.1.5 核電廠工程熱力學與能量轉換系統
3.2 現有商用核電技術
3.2.1 壓水堆核電廠
3.2.2 沸水堆核電廠
3.2.3 重水堆核電廠
3.2.4 氣冷堆與高溫氣冷堆核電廠
3.2.5 石墨慢化水冷堆核電廠
3.2.6 液態金屬冷卻快堆核電廠
3.3 商用核電廠的核燃料循環技術
3.3.1 天然鈾或低濃鈾燃料一次通過
3.3.2 MOX燃料循環
3.3.3 低濃鈾PWR+CANDU兩次通過
3.3.4 快堆閉式燃料循環
3.3.5 釷鈾燃料循環
參考文獻
4 核安全與核能經濟競爭力
5 中國核電技術發展現狀
6 核能的新紀元
7 未來的新型核能
8 中國核能可持續發展
全球核電技術發展衍變及第四代核電技術簡介
第四代核能系統是一種具有更好的安全性、經濟競爭力，核廢物量少，可有效防止核擴散的先進核能系統，代表了先進核能系統的發展趨勢和技術前沿。
通常來講，五、六十年代建造的驗證性核電站為第一代核電技術；70、80 年代標準化、系列化、批量建設的核電站為第二代核電技術；第三代則指90 年代開發研究成熟的先進輕水堆；而第四代核電技術作為下一代核電技術，目前仍處于開發階段，預計可在2030 年左右大規模投入商運。
第四代核電技術特點。1）能提供清潔、可持續的核能；2）低成本、建設周期短；3）更優良的安全性和可靠性。具體到指標：堆芯熔化概率低于10-6 堆年，在事故條件下無廠外釋放，初投資低于1000 美元/Kw，建設期小于3 年，總電力成本低于3 美分/Kwh。
全球核電技術衍變
技術類型
時間
代表堆型
特點
發展背景
第一代
1950-1960 年代中期
前蘇聯石墨沸水堆型、美國60 兆瓦原型壓水堆等
功率普遍小，一般300MWe 左右，主要建造目的原型示范作用
二戰后美國開發核能發電技術并于1957年首先將核潛艇壓水堆和常規蒸汽發電技術結合起來，隨后法、日、西德等國先后引進美國輕水堆技術
第二代
1966-1990
壓水堆、沸水堆和重水堆
單堆功率大幅提高至百萬千瓦級；實現了標準化、系列化、商用化和批量化
1973 年的第一次石油危機引發了美國與西歐各國的核電建設高潮
第三代
1990-2000
AP600 、AP1000、EPR等
具有更高安全性、更高功率，最大特點在于非能動設計
上世紀80 年代中開始，美國、西歐先后公布了一套使各方面都能接受的電力公司要求文件，作為開發未來的先進輕水堆的技術準則，并稱之為第三代技術
第四代
2000 至今
氣冷快堆、鉛/鉍冷卻快堆、熔鹽堆、鈉冷卻快堆、超高溫氣冷堆、超臨界水冷堆
仍處于開發階段，要達到大幅減少核廢料、更充分利用鈾資源、降低核電站建造和運營成本，以及更好地控制核擴散
全世界日益嚴峻的核擴散和反恐形勢、第三代核電比投資居高不下的困難，并考慮到燃料資源對核電可持續發展的重要性
資料來源：產業信息網整理
第四代核電技術由美國能源部于1999 年發起倡議并于2001 年征集到了包括英、法、日等12 個國家的94 個第四代核電站反應堆系統，最終在此94 個概念堆的基礎上，一致同意開發六種第四代核電站概念堆系統，分別是：氣冷快堆、鉛/鉍冷卻快堆、熔鹽堆、鈉冷卻快堆、超高溫氣冷堆、超臨界水冷堆。
第四代核電技術分類特點
堆型
主要區別
核燃料
特點
發展進度
超臨界水冷堆（SCWR）
超臨界水作冷卻劑、慢化劑
氧化鈾芯塊
系統簡單、裝置尺寸小、熱效率高、經濟性和安全性更好
參與超臨界水冷堆技術開發的包括美國、加拿大、日本、歐洲、韓國和俄羅斯的研究、工業部門和大學，預計2015年可行性研究，2020年性能研究和建示范堆，2025年試驗驗證，2030年前后工業化
超高溫氣冷堆（VHTR）
石墨作慢化劑、氦氣作冷卻劑
高濃二氧化鈾，或低濃二氧化鈾
熱效率高、燃耗深、轉換比高、安全性能好等
1967年底原聯邦德國建成世界上第一座高溫氣冷實驗堆。南非OPQHC電力公司最早實現高溫氣冷堆的商業化運行，中、日等國也相繼展開其商業化建設
鈉冷快堆（SFR）
液態金屬鈉作冷卻劑，無慢化劑
鈾-钚混合氧化物
采用濃縮度比高的燃料、三回路系統，堆芯由燃料區和再生區組成的、良好固有安全性
美、法、日、德、俄等都在積極研發。1967年法國建成了一座實驗堆，日本已設計出輸出功率為30萬千瓦的快中子堆
熔鹽堆
（MSR）
石墨作慢化劑、熔融態混合鹽作冷卻劑
不用固體燃料芯塊，采用氟化物和載體鹽的低熔點和共晶熔融體
熔鹽更有效地將熱量帶出堆芯，減少對泵、管道的需求，因此可縮小堆芯的尺寸
對熔鹽堆的集中研究始于美國飛行器反應堆試驗，四代反應堆方案之一是熔鹽冷卻固體燃料反應堆，電功功率1000MW的首臺示范方案將于2025年前完成
鉛冷快堆（LFR）
鉛-鉍作冷卻劑，無慢化劑
金屬鈾或鈾-238以及超鈾元素
化學穩定性、高原子數、運行工況下較低的蒸汽壓力和較高的沸點
最早始于美國、日本，目前各國針對鉛冷快堆的腐蝕問題進行深入研究，特別是有氧控制腐蝕的研究已取得一定進展
氣冷快堆（GFR）
氦氣作冷卻劑，無慢化劑
碳化物燃料
采用閉式燃料循環，放射性廢物產生少，有效地利用核資源
美國和歐洲原子能共同體、法國、日本和瑞士最早簽署了氣冷快中子堆系統（GFR）的合作安排，美、日氣冷快中子堆項目目前已在興建
資料來源：產業信息網整理
中國產業信息網發布的《
2015-2022年中國核電產業全景調研及投資策略咨詢報告》指出：我國已確立了“熱中子堆電站—快中子堆電站—聚變堆電站”三步走的核電技術發展路線，第四代核電技術的研發也納入了國家863 計劃重大項目。
目前，我國四代核電站中，已建成一座鈉冷快堆即中國實驗快堆(CEFR)、一座高溫氣冷實驗堆(HTR－10)，在建一座高溫氣冷堆商用規模示范電站即國家科技重大專項高溫氣冷堆核電站示范工程（HTR-PM）。
我國四代核電技術發展
進度
項目
技術路線
設計容量
投產時間
業主
備注
已建
中國實驗快堆(CEFR)
鈉冷快堆
20 兆瓦
2010 年7 首次臨界，2011 年7 月正式并網發電
中核
我國完全自主研發的第一座快中子反應堆，意味著中國第四代先進核能系統技術實現了重大突破，使中國成為世界上第8 個掌握快堆技術的國家
已建
清華大學10 兆瓦高溫氣冷實驗堆(HTR－10)
高溫氣冷堆
10 兆瓦
2000 年首次臨界，2003 年實現滿功率運行
清華大學核研院
世界上第一座具有模塊式高溫堆特點的實驗電站
在建
石島灣模塊式高溫氣冷堆商用規模示范電站（HTR-PM）
高溫氣冷堆
20 萬千瓦
預計2017 年底前投產發電
華能集團、中核、清華大學
中國擁有自主知識產權的第一座高溫氣冷堆示范電站，也是世界上第一座具有第四代核能系統安全特性模塊式高溫氣冷堆商用規模示范電站
資料來源：產業信息網整理
核能技術目前有兩路徑：一是核裂變，這個過程能釋放出巨大能量，最初被用來制造殺人武器原子彈，后來發展到可以控制這個過程，使之緩慢持續釋放能量，總算可以有和平用途了，就是今天爭議相當激烈的核電技術。二是核聚變，這能夠釋放出更大的能量，但是這個過程至今還只能用來制造更大規模的殺人武器氫彈。科學家當然也很想將核聚變過程控制起來，使之能夠為日常生活提供能源。
按照現有的主流技術方案，核聚變必須在高溫高壓的環境中才能進行，故這方面的研究統稱為“熱核聚變”。那種現在仍被有些科普作品描繪成最有希望的“托卡馬克裝置”（在強磁場約束中實現核聚變），也被歸入熱核聚變的范疇之內。熱核聚變的研究通常需要投入巨資，并建造昂貴而龐大的設備。然而迄今為止還沒有獲得過任何成功。除此之外，也還有若干種別的聚變方案。這些相互競爭的方案，上演了一幕又一幕被該書作者稱為“怪異歷史”的活劇。
這本書的副標題中用“怪異”一詞來修飾“歷史”，也似乎是這類作品中不太常見的修辭用法。因為作者曾親歷和參與了某些事件，因而可以生動地寫出歷史故事。而這些歷史故事，又是與長期以來人們因在能源方面的迫切需求而渴望實現核聚變，并因這種迫切而為相關的研究加入了更多復雜的內部與外部影響因素，從而讓這些歷史顯得“怪異”。也正是這些“怪異”之處，讓這本帶有歷史意味又兼具紀實風格的科普作品頗有可讀性。
既然可控核聚變是人們力圖用來解決能源問題的夢想，那我們究竟應該如何看待和評價這個夢想呢？人們當然可以從科學上來分析討論，但除此之外，也許還有此書不太涉及的一些方面，即從發展、倫理、風險等方面對于這個夢想，以及人們追求這個夢想的相關行動進行討論。你是否這樣看呢？
其實對這類問題此書也有相當的涉及，只是作者論述時的立場是不鮮明的，似乎力圖保持“客觀”和中立。例如關于“冷核聚變”問題，弗萊施曼和龐斯兩人的宣布的實驗別人無法重復，他們自己又難以自圓其說，卻仍有許多人堅定不移地支持他們，這是一個奇怪的現象。作者的解釋是“冷核聚變”這個夢想實在太美好，“僅用科學是摧毀不了的”。這樣的解釋盡管也無懈可擊，但終究顯得有點太大而化之了。
如果從“利益”的角度去看問題，也許會得到更合理的解釋。因為“熱核聚變”是一種需要巨額資金和龐大設備的研究，所以在“主流科學界”的認可之下，“熱核聚變”界長期享有巨額的科研經費。現在“冷核聚變”跑出來，又不需要巨額經費和大型設備，如果這個方向得到認可，“熱核聚變”界能夠得到的科研經費必將大大減少。
既然利益的因素是顯而易見的，就使得對“冷核聚變”的任何打壓都有動機不純之嫌。這就形成一個非常麻煩的局面即使“冷核聚變”真的在科學上是錯誤的，那由誰來判定這一點同時又能取信于民呢？由“主流科學界”來判定嗎？這有動機不純之嫌；由“主流科學界”之外的人來判定嗎？那又“不專業”，同樣難以取信于民。也許正是這種兩難局面注定了“冷核聚變”是打不死的。
你上面的這段分析，頗有SSK(科學知識社會學)的味道，當然這不是此書作者的立場。你說作者似乎力圖保持“客觀”和中立，其實，同樣是按照科學哲學和科學編史學的立場來看，包括科學史家在內，觀察也都是滲透著理論的，那種絕對的“客觀”，至少在現實的實踐中是不可能的。
我們今天常見的對核能的討論中，經常會涉及有關核能研究的風險、利益和研究者的社會責任等話題，但此書作者這樣的討論，似乎隱藏了一種沒有明言的預設，即人類對能源的需要是天然正當而且應該滿足的，核聚變能的研究為了達到這一目標，也就無需質疑其附帶或是天然地就帶有的其他風險和毛病了，只要專心解決實現這一目標的技術問題就可以了。這樣的做法，也正是過去傳統科學史的寫法，正是過去傳統科普常見的立場。你的感覺相當敏銳。事實上，當我們將能源問題看成一個單純的科學問題或技術問題時，往往已有了一個預設我們對能源的需求永遠是正當的，永遠應該被滿足。其實這個預設是有問題的。先從一個比較淺的層面來看，每一次對原有能源需求的滿足，實際上都會刺激起進一步的新需求。這一點經常被人們忽略，其實是毫不奇怪的供求關系經常是相互影響的。那么這種持續不斷增長的新需求是不是永遠都正當呢？這就涉及到更深的層面了，即我們以前討論過的“無限發展”或“無限進步”的觀念。在這種觀念支配下，相信進步可以是無限的，因而對發展的追求也可以而且應該是無限的。在這兩個“無限”之下，對電力或能源的無限需求才是正當的。而只要我們開始質疑“無限發展”或“無限進步”的觀念，則我們對能源的無限需求也就會跟著受到質疑了。
對于核聚變，如果從人認識自然的角度進行研究，當然也無可厚非，盡管其風險仍是值得關注的。但現實是，人們當下往往把科學研究的目標指向實際應用，對核能的研究更是如此。要應用，就有應用的風險和問題，這既與科學技術的內容有關，也有超出科學技術所能控制的內容。后者，在傳統的科普中通常是不被涉及的，而在新的科學文化傳播中，則越來越成為重要的內容。《瓶中的太陽》這本書，本是傳統科普類型的作品，但當我們有了不同的理念時，閱讀和思考相關問題，卻能走到討論有關“發展”的問題上。這并非離題萬里，因為這有關“發展”的問題，對于人類來說，其重要性顯然是遠遠超出個別的具體科學技術問題的。
由此，我們既可以看到一種不同的讀書和思考的方式，也可以體會，新型的科學文化傳播的理想讀物可能是什么樣子。核聚變問題盡管離實際的應用還道路遙遠，但有關的普及讀物，也還是完全可以超越傳統科普的形式的。
