⑴ 核能的核能知識
所謂輕核聚變是指在高溫下(幾百萬度以上)兩個質量較小的原子核結合成質量較大的新核並放出大量能量的過程，也稱熱核反應。它是取得核能的重要途徑之一。由於原子核間有很強的靜電排斥力，因此在一般的溫度和壓力下，很難發生聚變反應。而在太陽等恆星內部，壓力和溫度都極高，所以就使得輕核有了足夠的動能克服靜電斥力而發生持續的聚變。自持的核聚變反應必須在極高的壓力和溫度下進行，故稱為熱核聚變反應。
氫彈是利用氘、氚原子核的聚變反應瞬間釋放巨大能量這一原理製成的，但它釋放能量有著不可控性，所以有時造成了極大的殺傷破壞作用。目前正在研製的受控熱核聚變反應裝置也是應用了輕核聚變原理，由於這種熱核反應是人工控制的，因此可用作能源。 1．可控核聚變的發生條件
產生可控核聚變需要的條件非常苛刻。我們的太陽就是靠核聚變反應來給太陽系帶來光和熱，其中心溫度達到1500萬攝氏度，另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應，而地球上沒辦法獲得巨大的壓力，只能通過提高溫度來彌補，不過這樣一來溫度要到上億度才行。核聚變如此高的溫度沒有一種固體物質能夠承受，只能靠強大的磁場來約束。此外這么高的溫度，核反應點火也成為問題。不過在2010年2月6日，美國利用高能激光實現核聚變點火所需條件。中國也有「神光2」將為我國的核聚變進行點火。
2．核聚變的反應裝置
可行性較大的可控核聚變反應裝置就是托卡馬克裝置。
托卡馬克是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環性容器。它的名字Tokamak 來源於環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由位於蘇聯莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發明的。托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。 化石燃料在能源消耗中所佔的比重仍處於絕對優勢，但此種能源不僅燃燒利用率低，而且污染環境，它燃燒所釋放出來的二氧化碳等有害氣體容易造成 溫室效應，使地球氣溫逐年升高，造成氣候異常，加速土地沙漠化過程，給社會經濟的可持續發展帶來嚴重影響。與火電廠相比，核電站是非常清潔的能源，不排放這些有害物質也不會造成溫室效應，因此能大大改善環境質量，保護人類賴以生存的生態環境。
世界上核電國家的多年統計資料表明，雖然核電站的投資高於燃煤電廠，但是，由於核燃料成本遠遠地低於燃煤成本，相反核燃料反應所釋放的能量卻遠遠高於化石燃料燃燒所釋放出來的能量，而且核燃料取之不盡，這就使得核電站的總發電成本低於燒煤電廠。 據估計，在世界上核裂變的主要燃料鈾和釷的儲量分別約為490萬噸和275萬噸。這些裂變燃料足可以用到聚變能時代。輕核聚變的燃料是氘和鋰，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應中能產生約等於300升汽油的能量，即1升海水約等於300升汽油，地球上海水中有40多萬億噸氘，足夠人類使用百億年。地球上的鋰儲量有2000多億噸，鋰可用來製造氚，足夠人類在聚變能時代使用。況且以世界能源消費的水平來計算，地球上能夠用於核聚變的氘和氚的數量，可供人類使用上千億年。因此，有關能源專家認為，如果解決了核聚變技術，那麼人類將能從根本上解決能源問題。
1．核工業的主要業務范圍
核工業的主要業務范圍包括：鈾礦勘探、鈾礦開采與鈾的提取、燃料元件製造、鈾同位素分離、反應堆發電、乏燃料後處理、同位素應用以及與核工業相關的建築安裝、儀器儀表、設備製造與加工、安全防護及環境保護。
2．核燃料循環及其組成
核燃料循環是指核燃料的獲得、使用、處理、回收利用的全過程。它是核工業體系中的重要組成部分。核燃料循環通常分為前端和後端兩部分，前端包括鈾礦勘探、鈾礦開采、礦石加工（包括選礦、浸出、提取和沉澱等工序）、精製、轉化、濃縮、元件製造等；後端包括對反應堆輻照以後的乏燃料元件進行鈾鈈分離的後處理以及對放射性廢物進行處理、貯存和處置。
3． 鈾礦地質勘探
鈾是核工業最基本的原料。鈾礦地質勘探的目的是查明和研究鈾礦床形成的地質條件，總結出鈾礦床在時間上和空間上的分布規律，並用此規律指導普查勘探，探明地下的鈾礦資源。普查勘探工作的程序為區域地質調查、普查和詳查、揭露評價、勘探等，同時還要求工作人員進行地形測量、地質填圖、原始資料編錄等-系列的基礎地質工作。
分散在地殼中的鈾元素在各種地質作用下不斷集中，最終形成了鈾礦物的堆積物，即鈾礦床。了解鈾礦床的形成過程，對鈾礦普查勘探具有十分重要的指導意義。並不是所有的鈾礦床都有開采、進行工業利用價值的。據統計，在已發現的170多種鈾礦床及含鈾礦物中，具有實際開采價值只有14～18%。影響鈾礦床工業的兩個主要因素是礦石品位和礦床儲量。此外，評價的因素還有礦石技術加工性能、礦床開采條件，有用元素綜合利用的可能性和交通運輸條件等。
4． 鈾礦開采
生產鈾的第一步是鈾礦開采。其任務是從地下礦床中開采出工業品位的鈾礦石，或將鈾經化學溶浸，生產出液體鈾化合物。由於鈾礦有放射性，所以鈾礦開采其特殊方法。常用的主要有三種：露天開采、地下開采和原地浸出。露天開采一般用於埋藏較淺的礦體，方法剝離表土和覆蓋岩石，使礦石出露，然後進行采礦。地下開采一般用於埋藏較深的礦體，此種方法的工藝過程比較復雜。與以上兩種法方法相比，原地浸出采鈾具有生產成本低，勞動強度小等優點，但其應用有一定的局限性，僅適用於具有一定地質、水文地質條件的礦床。其方法是通過地表鑽孔將化學反應劑注入礦帶，通過化學反應選擇性地溶解礦石中的有用成分--鈾，並將浸出液提取出地表，而不使礦石繞圍岩產生位移。
5. 鈾礦石的加工
鈾礦石加工的目的是將開采出來的具有工業品位或經放射性選礦的礦加工富集，使其成為含鈾較高的中間產品，即通常所說的鈾化學濃縮物。將此種鈾化學濃縮物精製，進一步加工成易於氫氟化的鈾氧化物作為下一步工序的原料。
鈾礦石加工的主要步驟包括：礦石品位、磨礦、礦石浸出，母液分離、溶液純化、沉澱等工序。
為了便於浸出，礦石被開采出來後，必須將其破碎磨細，使鈾礦物充分暴露。然後採用一定的工藝，藉助一些化學試劑（即浸出劑）或其它手段將礦石中有價值的組分選擇性地溶解出來。浸出方法有兩種：酸法和鹼法。由於浸出液中鈾含量低，而且雜質種類多，含量高，所以必須將雜質去除才能確保鈾的純度。實現這一過程，可以選擇以下兩種方法：離子交換法（又稱吸附法）和溶劑萃取法。水冶生產的最後一道工序是將沉澱物洗滌、壓濾、乾燥，然後得到水冶產品鈾化學濃縮物，又稱黃餅。
6． 鈾的濃縮
為了提高鈾-235濃度所進行的鈾同位素的分離處理稱為濃縮。通過濃縮可以為某些反應堆提供鈾-235濃度符合要求的鈾燃料，現今所採用的濃縮方法有氣體擴散法、分離法、激光法、噴嘴法、電磁分離法、化學分離法等，其中氣體擴散法和離心分離法是現代工業上普遍採用的濃縮方法。濃縮處理是以六氟化鈾形式進行的。
7． 核燃料元件
經過提純或濃縮的鈾，還不能直接用作核燃料。必須經過化學，物理、機械加工等處理後，製成各種不同形狀和品質的元件，才能供反應堆作為燃料來使用。核燃料元件種類繁多，按組分特徵來分，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型；按幾何形狀來分，有柱狀、棒狀、環狀、板狀、條狀、球狀、稜柱狀元件；按反應堆來分，可以分為試驗堆元件，生產堆元件，動力堆元件（包括核電站用的核燃料組件）。
核燃料元件一般都是由芯體和包殼組成的。由於它長期在強輻射、高溫、高流速甚至高壓的環境下工作，所以對晶元的綜合性能、包殼材料的結構和使用壽命都有很高的要求。可見，核燃料元件製造是一種高科技含量的技術。
8．乏燃料的後處理
經過輻照的燃料元件，從堆內卸出時總是含有一定量未分裂和新生的裂變燃料。乏燃料的後處理的目的就是回收這些裂變燃料如鈾-235，鈾-233和鈈，利用它們再製造新的燃料元件或用做核武器裝料。此外，回收轉換原料（鈾-238，銫-137，鍶-90），提取處理所生成的超鈾元素以及可用作射線源的某些放射性裂變產物（如銫-137，鍶-90等），都有很大的科學和經濟價值。但此項工序放射性強，毒性大，容易發生臨界事故，所以，在進行乏燃料的後處理時一定要加強安全防護措施。
後處理工藝一般分為四個步驟：冷卻與首端處理、化學分離、通過化學轉化還原出鈾和鈈、通過凈化分別製成金屬鈾（或二氧化鈾）及鈈（或二氧化鈈）。冷卻與首端處理是冷卻將乏燃料組件解體，即脫除元件包殼，溶解燃料芯塊。化學分離（即凈化與去污過程）是將裂變產物從U-Pu中清除出去,然後用溶劑淬取法將鈾-鈈分離並分別以硝酸鈾醯和硝酸鈈溶液形式提取出來。
9． 三廢處理與處置
在核工業生產和科研過程中，會產生一些不同程度放射性的固態、液態和氣態的廢物，簡稱為三廢。在這些廢物中，放射性物質的含量雖然很低，危害卻很大。普通的外界條件（如物理、化學、生物方法）對放射性物質基本上不會起作用。因此在放射性廢物處理過程中，除了靠放射性物質的衰變使其放射性衰減外，就只能採取多級凈化、去污、壓縮減容、焚燒、固化等措施將放射性物質從廢物中分離出來，使濃集放射性物質的廢物體積盡量減小，並改變其存在的狀態，以達安全處置的目的。這個過程稱為三廢處理與處置。
