核反应堆,能够产生无限动力的能量

核反应堆，一种能够启动、控制并维持可控自持链式核裂变反应的装置，是核能利用的核心。它主要通过合理布置核燃料，使得无需额外中子源即可发生自持链式核裂变。这个术语虽然主要用于描述裂变堆，但也涵盖聚变堆和裂变聚变混合堆。

核反应堆不同于瞬间失控的链式反应如爆炸，它能精确控制核变的速率，使能量以较慢的速度持续释放，供人类利用。其最重要的用途是产生热能，替代传统燃料，驱动蒸汽发电或航空母舰等设施。截至2011年，所有商业核反应堆都是基于核裂变技术，同时产生的裂变产物也可用于生产所需的钚。

核反应堆的应用历史可以追溯到1929年，当时科克罗夫特利用质子实现了原子核的变换。这一过程的能量消耗巨大，质子与目标原子核的碰撞机会极少。直到1938年，奥托·哈恩和休特洛斯成功使中子和原子发生碰撞，实现了原子的裂变，这一突破具有重大意义。

当1939年1月关于中子引发原子核裂变的消息传到费米耳中，这位已逃亡至美国哥伦比亚的天才科学家立即直观地设想了原子反应堆的可能性。他组织了一支研究队伍，彻底研究反应堆的问题，并努力设计其形状。他与助手们通宵达旦地进行理论计算和思考。

核反应堆的工作原理是当重核（如U-235或Pu-239）吸收一个中子时，会形成一个激发态的核子并直接裂变成为两个或更多个轻核。释放的动能、伽玛射线和若干中子统称为裂变产物。部分中子可能被其他重核吸收，引发更多裂变反应。为了控制反应速度，需要使用慢化剂来减缓中子速度，以及用对中子吸收截面较大的核素来吸收中子，从而控制链式反应。常用的中子慢化剂包括轻水（75%的反应堆使用）、固体石墨（如切尔诺贝利电厂的案例）和重水（5%的使用率）。实验堆中还可能使用甲烷和铍作为慢化剂。

核反应堆不仅是进行基础科学和应用科学研究的有效工具，而且其应用领域正在不断扩大，具有巨大的潜力等待开发。例如，在2011年日本福岛核危机之后，德国决定逐步淘汰核能发电并关闭部分反应堆，但仍保留一些作为后备电源。而在美国，时隔30年，核管理委员会首次批准了两座新建商用核反应堆的运营。这座位于佐治亚州的核电站由西屋电气公司设计，预计最快在2016年和2017年投入运行，造价合计140亿美元。

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