从原子核到电力：核电站的解剖

理解核裂变

核电站的基本原理基于重原子（特别是铀-235）的裂变。当铀-235原子核吸收一个中子后，会变得不稳定并分裂成两个较轻的原子核，同时释放出大量能量（约200兆电子伏特）以及数个额外中子。这些中子可进一步引发更多裂变：这就是链式反应。

核电站主要由以下部分组成：

链式反应的控制由控制棒确保，这些控制棒由吸收中子的材料（硼、镉）制成。通过将这些棒插入或移出反应堆堆芯，可调节裂变次数。在紧急情况下，自动停堆系统（scram）可使这些棒瞬间插入以终止反应。安全壳结构通常采用预应力混凝土建造，可在事故发生时防止放射性物质泄漏。

常见核反应堆比较
反应堆类型	主持人	冷却	燃料	示例
PWR（压水反应堆）	轻水	压水	富集UO₂（约含3-5%的铀-235）	PWR – 法国（EDF）
BWR（沸水反应堆）	轻水	沸水	富集二氧化铀	BWR – 日本，美国
RBMK	石墨	轻水	天然铀	切尔诺贝利——苏联
PHWR（坎杜堆）	重水	重水	天然铀	加拿大

核能具有诸多优势：持续发电、二氧化碳排放低、能量密度高。然而，它也引发了安全性、放射性废物管理及核扩散等问题。核废料的寿命（如钚-239等某些同位素可存在数十万年）意味着代际责任。

第四代反应堆正在研发中（快中子增殖堆、熔盐堆、高温气冷堆），旨在提升安全性、减少废物并优化资源利用。与此同时，核聚变——尤其是通过ITER项目——有望提供丰富能源且不产生长寿命废物，但仍处于实验阶段。

2023年各国核能发电量
国家	核能发电量（太瓦时）	核电在该国能源结构中的占比	全球核能生产份额
美国	约775太瓦时	18.5%	约30.5%
中国	约433太瓦时	4.9%	≈ 17.0%
法国	≈ 324 太瓦时	64.8%	≈ 12.6%
俄罗斯	≈ 217 TWh	18.4%	≈ 8.5%
韩国	≈ 180 太瓦时	30.7%	≈ 7.1%
乌克兰	≈ 86 太瓦时	≈ 55%	约 3.4%
加拿大	约 85 太瓦时	≈ 13.7%	≈ 3.3%
日本	≈ 77 太瓦时	约 5.5%	≈ 2.2%
西班牙	≈ 54 太瓦时	≈ 20.3%	≈ 2.1%
印度	约48太瓦时	≈ 3.1%	≈ 1.9%
瑞典	≈ 47 太瓦时	≈ 28.6%	约1.8%
联合王国	约 37 太瓦时	≈ 12.5%	约1.5%
阿拉伯联合酋长国	≈ 33 太瓦时	≈ 19.7%	≈ 1.3%
芬兰	≈ 33 太瓦时	≈ 42%	约 1.3%
比利时	≈ 31 太瓦时	≈ 41.2%	≈ 1.2%
捷克共和国	约 30 太瓦时	≈ 40%	约 1.2%
巴基斯坦	≈ 24 TWh	≈ 17.4%	≈ 0.9%
瑞士	≈ 23 TWh	≈ 32.4%	≈ 0.9%
斯洛伐克	≈ 18 太瓦时	≈ 61.3%	≈ 0.7%
台湾	≈ 17.8 太瓦时	≈ 6.3%	≈ 0.7%
巴西	约 14.5 太瓦时	≈ 2.2%	≈ 0.6%
匈牙利	≈ 15 TWh	≈ 48.8%	≈ 0.6%