科技化時代的*核能*認識(一)

兩個較輕的核在融合過程中產生質量虧損而釋放出巨大的能量，兩個輕核在發生聚變時因它們都帶正電荷而彼此排斥，然而兩個能量足夠高的核迎面相遇，它們就能相當緊密地聚集在一起，以致核力能夠克服庫侖斥力而發生核反應，這個反應叫做核融合。

核融合，又稱核聚變、融合反應或聚變反應，是將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個很輕的核（或粒子）的一種核反應形式。舉個例子：兩個質量小的原子，比方說氘和氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），會發生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，並伴隨著巨大的能量釋放。

原子核中蘊藏巨大的能量。根據質能方程式E=mc²，原子核之淨質量變化（反應物與生成物之質量差）造成能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，稱為核分裂，如原子彈爆炸；如果是由較輕的原子核變化為較重的原子核，稱為核融合，如恆星持續發光發熱的能量來源，一般來說，這種核反應會終止於鐵，因為其原子核最為穩定。

核融合程序於1932年由澳洲科學家馬克·歐力峰（Mark Oliphant）所發現。隨後於1950年代早期，他在澳洲國立大學（ANU）成立了至今依舊活躍的電漿核融合研究機構（Fusion Plasma Research）。

相較於核分裂發電，核融合產生的核廢料半衰期極短、安全性也更高（不維持便會停止反應）。如氘和氚之核融合反應，其原料可直接取自海水，來源幾乎取之不盡，因而是比較理想的能源取得方式。

目前人類已經可以實現不受控制的核融合，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核融合的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出；而觸發核融合反應必須消耗能量（約1億度），因此人工核融合的能量與觸發核融合的能量要到達一定的比例才能有經濟效應。科學家正努力研究如何控制核融合，但是現在看來還有很長的路要走。目前主要的幾種可控制核融合方式：超聲波核融合、雷射約束（慣性約束）核融合、磁約束核融合（托卡馬克）。

2005年，部份科學家相信已經成功做出小型的核融合，並且得到初步驗證。首個實驗核融合發電站將選址法國。

氘-氚 （D-T）的核融合反應產生氦（He）與中子（n），期間釋放出的核能，是目前考慮中的未來主要能源。

質子-質子鏈反應是太陽和比太陽輕的恆星產生能量的主要方式。

碳氮氧循環是比太陽重的恆星主要產能方式。

核分裂，又稱核裂變，是指由較重的（原子序數較大的）原子，主要是指鈾或鈽，分裂成較輕的（原子序數較小的）原子的一種核反應形式。原子彈以及裂變核電站的能量來源都是核分裂。早期原子彈應用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電廠最常見。

重核原子經中子撞擊後，分裂成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個中子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成鏈式反應而自發分裂。原子核分裂時除放出中子還會放出熱，核電廠用以發電的能量即來源於此。

由於每次核分裂釋放出的中子數量大於一個，因此若對鏈式反應不加以控制，同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級數形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多，將會瞬間釋放大量的能量。原子彈便應用了核分裂的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量，需要在90%以上。

核能發電應用中所使用的核燃料，鈾-235的含量通常很低，大約在3%到5%，因此不會產生核爆。但核電廠仍需要對反應爐中的中子數量加以控制，以防止功率過高造成爐心熔毀的事故。通常會在反應爐的慢化劑中添加硼，並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度。從鎘以後的所有元素都能分裂。

核分裂時，大部分的分裂中子均是一分裂就立即釋出，稱為瞬發中子，少部分則在之後(一至數十秒)才釋出，稱為延遲中子。

核衰變--放射性是指元素從不穩定的原子核自發地放出射線，（如α射線、β射線、γ射線等）而衰變形成穩定的元素而停止放射（衰變產物），這種現象稱為放射性。衰變時放出的能量稱為衰變能量。原子序數在83（鉍）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序數小於83的元素（如鎝）也具有放射性。

放射性衰變都有一定的周期，並且一般不因環境而改變，這也就是放射性可用於確定年代的原因。由於一個原子的衰變是自然地發生，即不能預知何時會發生，因此會以機率來表示。假設每顆原子衰變的機率大致相同，例如半衰期為一小時的原子，一小時後其未衰變的原子會剩下原來的二分之一，兩小時後會是四分之一，三小時後會是八分之一。

原子的衰變會產生出另一種元素，並會放出α粒子、β粒子或中微子，在發生衰變後，該原子也會釋出伽馬射線。衰變後的實物粒子靜止質量的總合會少於衰變前實物粒子靜止質量的總和，根據質能方程，能量可以表現出質量。當物體的能量增加E，其質量則增加E/C²，當物體的能量減少E，其質量也減少E/C²，如果一個原子核衰變後放出實物粒子，假設該原子核在衰變前相對於某一貫性參照物靜止，衰變後的新原子核和所放出的實物粒子相對於該慣性參照物運動，即對於該慣性參照物而言，新原子核和所放出的實物粒子具有動能，當新原子核或所放出的實物粒子與其他粒子發生碰撞，它便會失去能量。因此，衰變前和衰變後質量和能量都是守恆的，粒子的靜止質量則不守恆。如果該原子核放出光子，同樣的，光子也具有質量，但沒有靜止質量。通常衰變所產生的產物多也是帶放射性，因此會有一連串的衰變過程，直至該原子衰變至一穩定的同位素。

發生核衰變的放射性元素有的是在自然界中出現的天然放射性同位素，如碳14，但其衰變只會經過一次β衰變轉為氮14原子，並不會一連串地發生。也有很多是經過粒子對撞等方法人工製造的元素。

放射性原子核能以許多不同的形式進行衰變以使自身達到更穩定的狀態。下表中總結了主要的幾種衰變類型。一個質量數為A、原子序數為Z的原子核在表中描述為（A, Z），「子核」一欄以這種描述方式指出母核衰變後產生的子核與母核的不同。例如，（A，−，1，Z）意為「子核質量數比母核少1（即少一個核子），而原子序數比母核多1（即多一個質子）」。

天然輻射的產生：

1.放射性元素：能自發地轉變為一種或幾種核素，同時放出各種類型射線。

2.放射性水：富含放射性元素的地下水。

3.放射性微塵：大氣中具有放射性的塵埃。

3.太空的宇宙射線。

人工輻射的用途：

1.醫學--X光檢查。／癌症放療。基於X光的技術：投射X射線攝影(en) ／ X射線斷層成像。放射線療法 · 螺旋斷層放射性治療(en) · 質子治療(en) · 近距離放射治療(en) · BNCT(en)

2.礦業--放射性選礦。

3.工業--核能發電。／探測焊接點和金屬鑄件的裂縫。／工業生產線上的自動品質控制系統。／量度電鍍薄膜的厚度。／消除靜電。

4.農業--知道肥料的吸收及流失。

5.考古--鑑定古物所屬的年代（放射性定年法）。

6.教育及其他--大氣核試爆。／夜光手錶。／煙火感應器。／螢光指示牌。

核能（Nuclear energy），又稱原子能，是由組成原子核的粒子之間發生的反應釋放出的能量。 原子能比化學反應中釋放的熱能要大將近5千萬倍：鈾核裂變的這種原子能釋放形式約為200，000，000電子伏特（一種能量單位），而碳的燃燒這種化學反應能量僅放出4．1電子伏特。(續)