核能是世界上最大、最可靠的清潔能源，每天為美國數千萬家庭供電。為了應對氣候變化，世界需要新的、更好的方法來利用這種能源，因為核反應器生產核電的過程不會產生溫室氣體。但是，核反應器如何在不排放廢氣的情況下提供如此巨大的能量？ – 一切從熱開始。

羅傑-布隆奎斯特（Roger Blomquist）是核子工程部門的首席核子工程師，他將為您解析核能–世界上最大、最可靠的清潔能源。美國每天有數千萬人依靠核能發電，為他們的家庭提供電力。將核能轉化為電能的過程始於核反應器。在反應器中，一種名為鈾的元素的原子發生分裂，產生熱量。熱量被用來產生蒸汽，然後蒸汽被用來轉動風力渦輪機，進而產生電力。與燃料燃燒相比，核能發電過程不會釋放二氧化碳、煙塵或其他有害化學物質，因此是一種零排放能源。

原子分裂時，核反應器會釋放熱量，這個過程稱為裂變。原子是物質的組成部分，由三個粒子組成–中子和質子結合在一起，形成所謂的原子核；​​電子是繞原子核旋轉的帶負電荷的粒子。

核反應器分裂鈾原子（一種輕微放射性元素），形成熱。這個過程會釋放出熱量和中子。其中一些中子繼續與其他鈾原子碰撞，導致它們發生裂變，從而使核反應持續進行。

這一系列裂變反應都發生在核反應器中被稱為”燃料棒”的部分內。 “燃料棒”是一個焊接封閉的長圓柱形管，內裝鈾。一個燃料組件由100 到200 根燃料棒組成。整個反應器堆芯由數百個燃料組件組成，這些燃料組件被擠壓成一個大圓柱形，因此一個反應器堆芯中通常有數萬根燃料棒。

在典型的核電廠中，水流過反應器堆芯中的燃料棒對其進行冷卻。這種熱量會提高水的溫度，使其變成蒸氣。蒸汽被輸送到與發電機相連的渦輪機。蒸汽壓力使渦輪機旋轉，有點像風車。發電機和所有其他發電機一樣，利用渦輪機的機械運動來發電。最後，蒸汽在通過渦輪機後會被冷卻，並轉換成水，以便再次使用。與燃燒化石燃料不同，裂變不會釋放二氧化碳、煙塵或其他有害化學物質，因此它是一種零排放能源。

雖然最常見的兩種類型是壓水反應器（PWR）和沸水反應器（BWR），但新的核反應器設計已經開發出來。如今，核反應器的開發仍在繼續，因為這些技術和更新的先進反應器技術可以幫助滿足世界日益增長的能源需求，同時不會導致全球暖化。美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）等實驗室站在推動核能發展的最前線。

在能源部的支持下，阿貢的科學家正在研究新的反應器設計和燃料循環技術，這些設計和技術可以提高安全性、提高核電廠的運作效率、減少核廢料的數量並縮短建造時間和降低成本。他們的工作建立在實驗室悠久的核子研究傳統之上。從20 世紀40 年代開始，阿貢在開發核能的和平用途方面一直處於領先地位。阿貢的研究、設計和實驗構成了當今所有商用核反應器的基礎，同時阿貢的研究人員也站在下一代反應器新進展的最前線。

核電廠原理圖：當脆弱的鈾-235（U-235）原子核被中子撞擊時，核反應器中的鈾就會分裂或裂變，產生熱量。同時，裂變會產生幾個中子，這些中子會繼續造成更多的裂變，從而提供平穩、穩定的熱量供應，用於發電。使用極少量的燃料就能產生巨大的熱量，進而產生電力。

可靠的清潔能源，可在美國經濟去碳化過程中發揮重要作用。