核能发电的原理

核能

核能是原子核结构发生变化时放出的能量。它可经由核裂变或核聚变释放出来。在核裂变时，较重的原子核例如铀和鈈的原子核分裂；而在核聚变时，较轻的原子核例如氘和氚的原子核聚合。这两种过程中都会放出大量高度集中的能量，称为核能。

1905年，爱因斯坦发现物质和能量其实是同一样东西，因此物质可以转换成能量，其转换比例可由方程 描述（其中E=能量，m=质量，c=光速常量）。当铀原子核分裂成一些较细的原子核和粒子时，最终形成的原子核和粒子的总质量，比未分裂前的铀原子核的质量小。换句话说，有部份质量转换成能量，并以热能的形式释放出来，这便是核裂变。反之，当几个较轻的原子结合，合成原子的结合能大于原本所有原子结合能之和，这便是核聚变放出能量的来源。

由于科学家仍未能有效控制核聚变过程，现时所有核电厂都经由核裂变发电。例如大亚湾核电厂就是透过铀原子核的分裂来发电。

核聚变

核聚变能释放巨大的能量。在太阳的中心，能量也是由核聚变产生的。在太阳里，每秒钟发生 个聚变，使五百万吨的质量转变为能量！虽然这质量看起来很大，但与太阳整体的质量相比，实在是微乎其微。就是这种核反应产生的能量，维持太阳发光数十亿年。

铀的裂变

铀的原子核是由中子和 92个质子组成，而中子的数目可以不同。例如铀-235 的原子核有 143 个中子和92 个质子，总共有 235 个核子。铀-238 的原子核就有 146 个中子和92个质子，总共有 238 个核子。

铀-235 较易产生核裂变。在天然的矿物铀中，铀-235 的含量只有 0.7 %。核电站所用的二氧化铀是经过浓缩的，一般含有 3-4 % 的铀-235。当铀-235 的原子核被一颗中子碰撞时，原子核便会分裂成两颗较轻的原子核，同时释放出能量，以及两个或三个中子。

在核电站中，铀裂变时放射出的中子会引发其他铀原子核的裂变，这个过程不断重复，在反应堆中产生了一个链式反应，不断地产生能量。