第 二 章 核能的应用

第 二 章
核能的应用
1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。第二次世界大战后，人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。
 
日益激化的能源问题
自从第一次工业革命以来，人类对资源大规模、高强度的开发利用，带来了前所未有的经济繁荣，创造了灿烂的工业文明。然而，事态也难以避免地走向了自己的反面。
由于全球人口的剧增，经济规模不断的扩大，人类不得不一次又一次地向大自然索取。但是这一切，正在超过我们赖以生存的资源基础所能承载的一切。
对于能源而言，在19世纪产业革命之前，人类能源消耗的增长，相当缓慢。产业革命以来，由于世界经济的高速发展，能源的消耗也迅速增加。一百多年来，世界能耗增长了20倍。20世纪50年代，世界能源年消耗量约为26亿吨标准煤；到了80年代初期已超过年消耗量100亿吨标准煤；预计到本世纪20年代初将达200亿吨标准煤。但是，迄今为止，世界耗能的85％均来自燃烧煤、石油、天然气等有机燃料。
对能源的疯狂开采与消耗带来的不仅仅是能源上的严重不足，在社会环境方面也造成了极为严重的破坏。因为环保意识与科技能力的不足，造成了能源不合理的开发与利用，对环境的损害，长期积累下来便引发了严重的环境污染。大量的二氧化碳、粉尘、硫化物和氮氧化物等有害气体的排放，给我们赖以生存的自然环境带来了非常严重的后果。大量的二氧化碳汇集在空气中，造成全球气温变暖，冰川开始融化，海平面上升，海啸、台风等自然灾害日益增多，全球气候出现明显的异常现象，一些国家和地区变得干旱少雨，虫害增多，农业大幅减产。氯氟烃类化合物的排放使得大气臭氧层遭到严重破坏，南极臭氧层空洞不断扩大，对紫外线的吸收减少，扩大了紫外线对生物的伤害，人类的各种疾病不断增加。而随着大气中硫化物含量的增加，酸雨也越来越严重，给生态和建筑带来了极大的破坏，森林遭到大面积的破坏，世界残存的物种急剧下降，土壤酸化，危害农作物和其他植物的生长，粮食减产，湖泊与河流的水质酸化，各种水系生态环境恶化。另外，酸雨还对建筑物造成了极大的损坏，文化遗址、住房建筑、雕刻与其他重要文化设施等，都遭受到了极大的损失。而大量粉尘的排放，使得许多城市能见度降低，烟雾日增多，且直接而严重地危害着人类的身体健康，大气污染提高了呼吸系统疾病的发病率，增加了癌症尤其是肺癌的罹患率，造成了人类死亡率的增加。
在自然界中，除有机燃料外，核能、水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能都是可利用的能源。水力能源是无污染的能源，应该大力充分开发使用，但水力资源终究有限，分布极其不平衡，且非常受地理条件的限制。水力发电量又随季节变化很大，光靠水力能源的发展是代替不了有机燃料，满足不了人类对能源需求的日益增长。风力、太阳能、地热、潮汐能等，这些能源受资金、天气、地域等各种条件的局限，只能在一定条件下有限的开发。
我们比较乐观的估计，到本世纪中叶，上述几种能源在全部能源中所占的比例，很难超过5％。目前，我们从技术层面看，比较成熟且能大规模开发使用的，唯有核能。
核能发展是大势所趋
从人类能源需求的前景来看，发展核能更是我们的必由之路，这是因为核能有其无法取代的优点。
1. 核能是地球上储量最为丰富的能源，又是高效的能源。一吨金属铀裂变所产生的能量，相当于270万吨标准煤。按照地球上有机燃料的储量和人类耗能的情况来估算，地球上煤的储量大概不到200多年即将耗尽，石油则只够用三四十年。人类已经面临如何选择后继能源的问题。地球上已探明的核裂变燃料，即铀矿和钍矿资源，按照现在的探明贮量计算，相当于有机燃料的20倍，只要合理开发利用，完全有能力替代和弥补有机燃料的短缺和枯竭。如果人类的核技术进一步得到改善和加强，我们居住的地球上还存在大量的聚变核燃料氘，氘经过提炼能通过聚变反应产生更大的核能。1吨氘聚变产生的能量相当于1100万吨标准煤。自然界每吨海水或河水中均含有3克氘，所以，将来聚变反应堆成功后，1吨海水即相当于33吨标准煤。那时，人类将不再为能源问题所困扰。
2. 核电是清洁的能源，有利于保护环境。利用核能既能不产生烟尘、二氧化硫和氮氧化物，又不产生二氧化碳等对环境有危害的物质。核电站严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计，对放射性三废，按照尽力回收储存，不往环境排放的原则，进行严格的回收处理。即使是一些残留的尾水尾气往自然环境里排放，也都是经过处理过的，其有害物质的数量微乎其微。核电站运行经验证明，每发1000亿度电，放射性排放总剂量平均1.2希，而烧煤电站的灰渣中放射性物质总剂量约为每发1000亿度电3.5希。可见即使仅从放射性排放角度看，核发电也比火力发电要小得多。
3. 核电的经济性优于火电。电厂每度电的成本是由建造折旧费、燃料费和运行费这三部分组成。核电厂由于特别考虑安全和质量，建造费高于火电厂，一般要高出30～50％，但燃料费则比火电厂低得多。火电厂的燃料费约占发电成本的40～60％，而核电厂的燃料费则只占20～30％。根据数据表明，各种成本总的计算起来，核电厂的发电成本要比火电厂低15～50％。
4. 以核燃料代替煤和石油，有利于资源的合理利用。煤和石油都是化学工业和纺织工业的宝贵原料，它们能制造出多种的产品。它们在地球上的蕴藏量是很有限的；作为原料，它们要比仅作为燃料产生的价值高得多。所以，从合理利用资源的角度来说，也应逐步以核燃料代替有机燃料。
总之，核能的优点逐步会为人们所正确认知。核能的利用是解决能源问题必由之路。可以预见，在本世纪，核能在能源中的比例必将逐步加大，从而改善能源结构，并将彻底解决人类对能源的需求。
但是，人们在承认核能优点的同时，往往担心核电站会因发生事故而污染环境和危害人类。前苏联切尔诺贝利核电站事故和日本福岛核事故发生后，这种担心骤增。其实，自从世界上首座核电站运营以来至今已60年，现在全球已有四百多座核电反应堆运行了6千多堆年，造成环境严重污染和人员伤亡事故的，也是极其少的几个例子。这两次事故，有其独特的条件，切尔诺贝利核电站采用世界上仅前苏联所独有的石墨沸水堆，其设计本身存在严重缺陷，潜在着严重的不安全因素，容易引发瞬发超功率，损坏反应堆。加上这座核电站没有设置封闭放射性物质的安全壳厂房，一旦反应堆损坏，放射性物质就会释放在环境中；再加上当时严重违反安全规程，以致不可收拾。福岛核电站是由于严重的地震和海啸引起的，日本处于地震带之上，选址存在严重的失误，在设计上，没有考虑地震之后，巨大海啸接踵而来，对于这些因素考虑不慎周全，造成了严重的后果。
当今世界上绝大多数核电反应堆，包括我国秦山和大亚湾的压水反应堆，在设计上采用技术比较成熟压水式反应堆，这个技术上有“非能动安全系统”进行安全保护，即温度升高，反应性减弱；温度超过一定限度，核反应就自行停止，趋向安全。所以，切尔诺贝利式的事故在压水型反应堆中肯定不会发生。再则，当今绝大多数核电站都专门设置了密封耐压的安全壳厂房，将反应堆和核能系统整个笼罩密闭在内。所以，既使反应堆和核能系统损坏，安全壳仍能阻挡放射性物质，不往环境中泄放。美国三里岛核电站事故之所以没有危害环境，是安全壳起了重大作用。在核电站的安全设计中，本着预防为主，纵深防御的原则层层设防，设置多重的、多样的和互相独立的安全保护系统和专设安全设施以防止事故的发生和扩大。
再者，在选址上我们要注意避开地震带，在地质条件相对平稳的地区建造核电站。另外在设计、建造、运行中建立严格的质量保证和检验制度，以确保工程质量，消除事故根源。此外还针对各种可能的灾害诸如地震、海潮、风浪、暴雨、洪水、台风、火灾，飞机撞击等以及各种可能出现的故障事件逐一进行分析，采用防御措施以确保安全无误。对于核电站操作人员，必须经过严格培训和考核通过后取得合格证书，方能上岗。核电站安全措施的完善程度和管理的严格程度，远非一般工业所能比拟，它的安全是有充分保证的。当然，安全是没有止境的，近年来，专家们又在安全设计中引入新的概念，着手研究设计“具备固有安全性”的反应堆。这类核电反应堆将在本世纪陆续实现，那时，核安全又更上一层楼，更有保证了。
核反应堆
 核心组件
核反应堆是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的装置。相对于核武器爆炸瞬间所发生的失控链式反应，在反应堆之中，核变的速率可以得到精确的控制，其能量能够以较慢的速度向外释放，供人们利用。核能的和平利用，主要就是利用核反应堆产生的核能和中子，它涉及到人们生产和生活的方方面面。
核反应堆是核电站的核心设备。它的作用是维持和控制链式裂变反应，产生核能，并将核能转换成可供使用的热能。
不管堆型怎样变化，但万变不离其宗，反应堆都是由核燃料元件、慢化层、反射层、控制棒、冷却剂、屏蔽层等六个基本部分构成的。快中子堆主要利用快中子引来核裂变，不需要慢化剂。但是目前运行的反应堆都是热中子反应堆，热中子反应堆必须使用慢化剂。
1. 核燃料元件
铀-233、铀-235和钚-239都可以作为反应堆的核燃料，由于高富集铀的价格昂贵，所以大多数反应堆都采用低富集铀做为核燃料，生产堆的核燃料一般是天然铀，只有作为特殊研究用的高通堆和舰船用动力堆才采用高富集铀做核燃料。
铀在反应堆中可以有两种布置形式，一种是将铀盐溶解在水或有机液体中，使燃料和慢化剂均匀混合，组成均匀堆芯，但目前这种形式现在已经用的很少了。目前采用的是一另种布置，就是将固体核燃料制成燃料元件，按照一定的栅格排列，插在慢化剂中，组成非均匀堆芯。对固体燃料的主要要求是具有良好的辐照稳定性，化学稳定性，热物理性和力学性能，制造成本低廉，后处理成本低。
核燃料元件主要由核燃料芯块和包壳组成，通常做成圆棒、薄片、圆管等形式。芯块有三种形式：金属型、弥散型和陶瓷型。
2. 慢化剂
核燃料裂变反应释放的中子为快中子，而在热中子或中能中子反应堆中要应用慢化中子维持链式反应，慢化剂就是用来将快中子能量减少，使之慢化成为中子或中能中子的物质。
选择慢化剂要考虑许多不同的要求。首先是核特性，即良好的慢化性能和尽可能低的中子俘获截面；其次是价格、机械特性和辐照敏感性。有时慢化剂兼作冷却剂，即使不是，在设计中两者也是紧密相关的。应用最多的固体慢化剂是石墨，其优点是具有良好的慢化性能和机械加工性能，小的中子俘获截面和价廉。石墨是迄今发现的可以采用天然铀为燃料的两种慢化剂之一；另一种是重水。其他种类慢化剂则必须使用浓缩的核燃料。从核特性看，重水是更好的慢化剂，并且因其是液体，可兼做冷却剂，主要缺点是价格较贵，系统设计需有严格的密封要求。轻水是应用最广泛的慢化剂，虽然它的慢化性能不如重水，但价格便宜。重水和轻水有共同的缺点，即产生辐照分解，出现氢、氧的积累和复合。
3. 反射层
反射层又叫中子反射层。核裂变产生的中子总会有一部分逃逸到堆芯外面去。为了减少这些中子的损失，在堆芯外面围上一层材料构成反射层，把那些从堆芯逃逸出来的中子反射回去。对于热堆中子来说，凡是能够做为慢化剂的材料都可以做反射层。快中子堆一般用金属铀-238或钢铁做反射层。
4. 控制棒
控制棒的作用是保证反应堆的安全，开、停反应堆和调节反应堆的功率。其中含硼材料因资源丰富、价格低，应用较广，但它容易产生辐照脆化和尺寸变化（肿胀）。银铟镉合金热中子吸收截面大，是轻水堆的主要控制材料。压水堆中采用棒束控制，控制材料制成棒状，每个棒束由24根控制棒组成，均匀分布在燃料组件间。核电站通过专门驱动机构调节控制棒插入燃料组件的深度，以控制反应堆的反应性，紧急情况下则利用控制棒停堆（这时，控制棒材料大量吸收热中子，使自持链式反应无法维持而中止）。
5. 冷却剂
核裂变释放的能量，会使燃料元件温度升高，必须及时地把热量带出堆芯，否则就会产生堆芯融化的重大事故。
理想的冷却剂应具有优良慢化剂核特性，有较大的传热系数和热容量、抗氧化以及不会产生很高的放射性。液态钠（主要用于快中子堆）和钠钾合金（主要用于空间动力堆）具有大的热容量和良好的传热性能。轻水在价格、处理、抗氧化和活化方面都有优点，但是它的热特性不好。重水是好的冷却剂和慢化剂，但价格昂贵。气体冷却剂（如二氧化碳、氦）具有许多优点，但要求比液体冷却剂更高的循环泵功率，系统密封性要求也较高。有机冷却剂较突出的优点是在堆内的激活活性较低，这是因为全部有机冷却剂的中子俘获截面较低，主要缺点是辐照分解率较大。应用最普遍的压水堆核电站用轻水作冷却剂兼慢化剂。冷却剂是唯一既在堆心中工作又在堆外工作的一种反应堆成分，这就要求冷却剂必需在高温和高中子通量场中工作是稳定的。此外，大多数适合的流体以及它们含有的杂质在中子辐照下将具有放射性，因此冷却剂要用耐辐照的材料包容起来，用具有良好射线阻挡能力的材料进行屏蔽。
6. 屏蔽层
为防护中子、γ射线和热辐射，必须在反应堆和大多数辅助设备周围设置屏蔽层。其设计要力求造价便宜并节省空间。对γ射线屏蔽，通常选择钢、铅、普通混凝土和重混凝土。钢的强度最好，但价格较高；铅的优点是密度高，因此铅屏蔽厚度较小；混凝土比金属便宜，但密度较小，因而屏蔽层厚度比其他的都大。
来自反应堆的γ射线强度很高，被屏蔽体吸收后会发热，因此紧靠反应堆的γ射线屏蔽层中常设有冷却水管。某些反应堆堆心和压力壳之间设有热屏蔽，以减少中子引起压力壳的辐照损伤和射线引起压力壳发热。
中子屏蔽需用有较大中子俘获截面元素的材料，通常含硼，有时是浓缩的硼-10。有些屏蔽材料俘获中子后放射出γ射线，因此在中子屏蔽外要有一层γ射线屏蔽。通常设计最外层屏蔽时应将辐射减到人类允许剂量水平以下，常称为生物屏蔽。核电站反应堆最外层屏蔽一般选用普通混凝土或重混凝土。
 反应堆的分代标志
第一代　核电站是早期的原型堆电站，即1950年至1960年前期开发的轻水堆核电站，如美国的希平港压水堆、德累斯顿沸水堆以及英国的美诺克斯石墨气冷堆等。
第二代　核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站，如加拿大坎度堆、苏联的压水堆等。目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。
第三代　是指先进的轻水堆核电站，即1990年后期到2010年开始运行的核电站。第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统，如先进的沸水堆、系统、欧洲压水堆等。
第四代　是待开发的核电站，其目标是到2030年达到实用化的程度，主要特征是经济性高（与天燃气火力发电站相当）、安全性好、废物产生量小，并能防止核扩散。
 反应堆的类型
根据用途，核反应堆可以分为以下几种类型：
1. 研究性反应堆
研究型反应堆又叫研究实验型反应堆。将中子束用于实验或利用中子束的核反应，其主要用途是进行反应堆、物理、化学、生物学、医学的有关研究，以及开展中子活化分析、中子照相、中子嬗变的研究和应用，生产放射性同位素等。
2. 生产反应堆
生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆。生产反应堆主要是核燃料生产反应堆，其主要用途是将铀-238转换为钚-239，做为钚原子弹的核材料。实际上生产堆是属于核能的军事应用范畴。
3. 动力反应堆
动力反应堆是利用核能产生动力来推动舰船、进行发电和供热的反应堆，动力堆具有自身的特点和要求。
4. 发电堆
发电而发生热量的核反应，称为发电堆。
5. 多目的堆
提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆。
另外，核反应堆根据燃料类型分为天然气铀堆、浓缩铀堆、钍堆；根据中子能量分为快中子堆和热中子堆；根据冷却剂（载热剂）材料分为水冷堆、气冷堆、有机液冷堆、液态金属冷堆；根据慢化剂（减速剂）分为石墨堆、重水堆、压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆、铍堆；根据中子通量分为高通量堆和一般能量堆；根据热工状态分为沸腾堆、非沸腾堆、压水堆；根据运行方式分为脉冲堆和稳态堆等等。
 核反应堆的家族成员
这里所说的核反应堆仅指核裂变反应堆。因为核能工业应用特别是核电应用，截止今天能够实用化的核反应堆，无论是哪种堆型，本质上都是“核裂变反应堆”。
由于原子核反应堆中，采取了不同的控制办法，就分出了几种不同的堆型。下面让我们看一下核反应堆的类型。
1. 轻水反应堆
以水或汽水混合物作为冷却剂和慢化剂的反应堆。包括压水反应堆和沸水反应堆。
水是使核反应堆中产生的中子减速的最好材料之一。轻水反应堆是以水和汽水混合物作为冷却剂和慢化剂的反应堆，是和平利用核能的一种方式。轻水堆就堆内载出核裂变热能的方式可分为压水堆和沸水堆两种，是目前国际上多数核电站所采用的两种堆型。
压水反应堆是利用轻水作为冷却剂和中子慢化剂。
其冷却系统由两个循环回路组成。一回路连接着堆芯和二回路中的蒸汽发生器，回路内压强保持在15000个大气压左右，在此压强下可将冷却水加热至约3430℃而不沸腾。冷却水在二回路蒸汽发生器的传热管中将压强约为7000个大气压左右的二回路水加热至沸腾（温度约2600℃），形成的水蒸气（过滤掉混杂的液态水后）再通过二回路送至汽轮机，推动涡轮发动机运转。在传热管中释放了热能的一回路水以2900℃左右的温度回流至堆芯，完成一回路循环。从汽轮机流出的二回路水经冷凝器凝结为液态水后，回流至蒸汽发生器，完成二回路循环。
反应堆堆芯位于压力壳内，由排列为方形的燃料组件组成。燃料一般是富集程度在2～4.4%的烧结二氧化铀。和沸水反应堆相比，压水堆堆芯体积更小，堆芯的功率密度较大，压水堆的发电效率约为33%；但由于堆芯中的工作压力和温度都较沸水堆高，因此对反应堆材料性能的要求也较沸水堆更高。
沸水反应堆以轻水作为冷却剂和中子慢化剂。反应堆冷却系统内压强保持在70个大气压。在这里，来自汽轮机的给水进入压力容器后，在280℃左右沸腾。汽水混合物经过堆芯上方的汽水分离器和蒸汽干燥器过滤掉液态水后直接送到汽轮机。离开汽轮机的蒸汽经过冷凝器凝结为液态水（给水）后，回流至反应堆，完成一个循环。
因沸水堆中一次蒸汽直接通往汽轮机，故该系统被称为直接循环系统。由于此时堆芯的传热速度直接由系统中水的循环速度所决定，因此大型的沸水堆的堆芯围筒外均装有喷射泵，以加快循环速度。
与压水反应堆相比，沸水反应堆的构造更为简单，且大大降低了反应堆的工作压力和堆芯温度，因此显著提高了反应堆的安全性，降低了造价。但由于沸水堆的循环系统直接连接了堆芯和汽轮机，因此可能造成汽轮机受到放射性污染，给设计和维修带来麻烦。
压水堆是目前公认的技术最成熟、安全可靠性最高的核反应堆型。世界上现有的400多座核电站中，大多数是压水堆。
2. 重水反应堆
以重水作慢化剂、重水作冷却剂的核反应堆。广泛用作动力堆、核燃料生产堆和研究试验堆。
用重水作慢化剂的热中子反应堆。可以用重水、普通水、二氧化碳和有机物作冷却剂。重水的热中子吸收截面很小，可以采用天然铀燃料。铀燃料的利用率高于轻水堆，烧过的燃料的铀-235含量仅为0.13％，乏燃料不必进行后处理。这种堆可以作为生产堆、动力堆和研究堆使用。堆内中子经济性好，可生产氚和发展成为先进的转化堆。堆内重水装载量大，反应堆造价较高。
此外“气冷堆”是利用气体冷却的反应堆，其减速剂采用石墨，冷却剂采用氦气。这种反应堆使用范围广泛，有供热、发电、炼钢等多种用途。
以上所谈的轻水堆（压水堆和沸水堆）、重水堆和气冷堆等，都是目前实用的第一代核反应堆，都属消耗型的热中子转换堆。这些反应堆只将蕴藏在天然铀中1～2%的能量利用起来，燃烧利用率太低，要消耗大量的天然铀资源。于是，第二代快中子增殖堆（简称“快堆”）应运而生了。
快堆对节省铀原料、提高核电站的安全性都是极为重要的。它的一个独特优点是其燃料可以循环使用。甚至可以说，快堆是既增产、又节流，还可开源的“多面手”。快堆是近几年取得很大进展的高科技产物。
 
核 电 站
用核动力堆发电是核能和平利用的主要方面。
远眺核电站的时候，首先看到的是高大的厂房和矗入云天的烟囱。火电站的烟囱，昼夜不停地冒着银灰色“烟龙”。但是，核电站的烟囱却从不冒烟，它实际上是一条巨大的通风道，排出的是肉眼看不见的废气。核电站常常靠山傍水，四周绿树成荫，风景如画。如果你走进核电站厂门，就会发现环境意外的安静和清洁。这里既没有小山般的煤堆，也没有庞大的油罐，就连一点煤灰和油污都见不到。外面没有刺耳的噪声，而在机房里，巨大的汽轮发电机却在飞转，强大的电流正源源不断送往四面八方。
如要我们到核电站中央控制室看一下，就会发现控制室的正面墙上布满了各式各样的仪表，指示灯闪闪发光，操纵员正在电脑前操作，使之安全稳定地运行。
核电站是怎样发电的呢？简而言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。
如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话，那主泵则是心脏。主泵的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。
稳压器又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。
蒸汽发生器的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。
汽轮发电机核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力低，汽轮发电机体积比常规火电站的大。
危急冷却系统为了应付回路主管道破裂的极端失水事故的发生，所以核电站都设有危急冷却系统，它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。便可缓解事故后果，限制事故蔓延。
 其他类型的核电站
海上核电站
在碧蓝色辽阔的大西洋海面上，漂浮着一座比足球场还大的环形小岛。岛上高大的厂房隐约可见……入夜，小岛灯火通明，宛若镶嵌在海上的串串明珠，十分引人注目。
这座鲜为人知的“小岛”是干什么用的呢？如果你知道它是一座海上核电站，一定会感到惊奇，也可能在脑海里出现不少小问号：核电站建在海上不污染海水吗？发出来的电又怎么送出去？建造海上核电站的投资比陆地上的高吗？实际上，为建造这种海上核电站，科学家们就为诸如此类的问题争论了近10年，最后，在1982年12月，美国原子核协调委员会才批准建造海上核电站的计划，并同意设计用于电站的核反应堆。
美国西屋电气公司负责设计这种漂浮在海上的核电站。它是在一个长130米、宽120米和深12米的铁制浮动箱上建造的小型核反应堆。浮动箱露出水面3米，而有9米处于水下。整个核电站重约16万吨，可以在深15米的浅海中漂浮。
核电站好像被围在一个环形岛上。其实，那是为了防止凶猛的海潮和巨大的海浪冲击核电站而设置的圆形防波堤。这种防波堤造得非常坚固，是用1.7万多个像星状一样的钢筋混凝土堆桩垒成的，而且在堤的下面还有很多长60米的混凝土沉箱作地基支撑着。堤上还建有水闸，以便海水进入核电站周围，作为反应堆工作时的冷却用水。但当大型油轮高速驶近核电站附近的海面，或者特别大的海潮来临时，必须将闸门关上。
海上核电站可先在海港内建造，然后用大轮船像拖驳船一样拖向离海岸不远的浅海区，或者海湾附近。电站发出的强大电力，可通过海底电缆与岸上的电网接通。
有人可能担心核反应堆会将带放射性的物质排入海水，影响水中生物和人类的生存与安全。其实，这种忧虑是多余的。因为海上核电站和陆地上的核电站一样，都有专门的废水、废料处理措施和办法，绝不会把带放射性物质的废水直接排入海水中。从世界上第一座核电站的建立到现在的几十年历史，有力地证明了不论是陆地上的核电站或是建造在海上的核电站，都没有出现这种污染现象。与此相反，由于建有较高大的防波堤，能引来鱼、虾回游，便于海洋生物的养殖和捕捞。
在海上建造核电站的一个重要的优点是，造价要比陆地上的核电站低。这一点是很吸引人的。因为，在同样的投资条件下可以建造更多的核电站。
海上核电站的另一个长处是，在选核电站地址时，不像在陆地上那样要考虑地震、地质等条件，以及是否在居民稠密区等各种情况的影响，而且选择的余地大。
这种核电站还有一个独特的优点是，海上的工作条件几乎到处都一样，不存在陆地上那种“因地而异”的种种问题。这样，就可以使整个核电站像加工产品一样，按标准化的要求进行制造。如果能像工业上的流水线作业方式来制造一批核电站，既简化了生产过程，又方便使用，而且还可以大大降低建造成本，缩短建造的时间。
现在，人们对这种灵活方便的海上核电站已从怀疑、忧虑转变到发生兴趣，特别是像英国、日本、新西兰等岛国，陆地面积适宜建造核电站的地方少，而海岸线却很长，就可以充分利用这一优势，大力发展海上核电站。
海底核电站
海底核电站并不是人们凭空想出来的，它是随着海洋石油开采不断向深海海底发展而提出的一项大胆设想，实际上也是远见卓识的创新。
要勘探和开采海底，特别是五六百米以上深海海底的石油和天然气，需要从陆地上的发电站向海洋采油平台远距离供电。为此，就要通过很长的海底电缆将电输送过去。这不仅技术上要求很高，而且要花费大量的资金。如果在采油平台的海底附近建造海底核电站，就可轻而易举地将富足的电力送往采油平台，而且还可为其他远洋作业设施提供廉价的电源。
海底核电站的发电原理和陆地上的核电站是一样的，都是利用核燃料在裂变过程中产生的热量将冷却的水（或其他液体）加热，使它变成高压蒸汽，再去推动汽轮发电机发电。但是，海底核电站的工作条件要比陆地上的核电站苛刻得多。
首先，海底核电站的各个零部件要能承受住几百米深的海水所施加的巨大压力；其次要求所有设备滴水不漏，密封性好，并能耐海水腐蚀。因此，海底核电站所用的反应堆都安装在耐压的堆舱里，汽轮发电机则密封在耐压舱内，堆舱和耐压舱都固定在一个大的平台上。
考虑到安装方便，海底核电站可在海面上进行安装。安装完工后，将整个核电站和固定平台一起沉入海底，坐落在预先铺好的海底地基上。
当核电站在海底连续运行数年以后，可像潜水艇一样将它再浮出海面，由海轮拖到附近海滨基地进行检修和更换堆料。
美国最先开始研究海底核电站。早在1974年，美国原子能委员会就提出了发电容量为3000千瓦的海底发电站的设计方案。这座海底发电站包括反应堆、发电机、主管道、废热交换器、沉箱等五大部分。它采用的是一种安全性非常好的铀氢化锆反应堆。
这种反应堆的特殊之处就在于它的发电能力在极短的时间内能由零迅速上升到几百万千瓦，以后又自动迅速地降落下来。所以，人们将这种反应堆叫做脉冲反应堆，意思是说，它像汽车转弯的指示灯，一闪一闪地变化很快。别看脉冲反应堆这么一升一降，可它的发电能力大为提高。就以这座发电站来说，它在稳定时的发电能力虽然只有3000千瓦，可是其脉冲发电能力最高可达600万千瓦，是原来的2000倍。
核反应堆用的冷却剂，是取用方便的海水。整个核电站在海底安全运行几年后，浮出水面，进行换料检修，然后再沉入海底继续使用。
英国研究海底核电站也较早，是在70年代初期“石油危机”后开始研制试验的。1978年，为了开采海底石油，英国几家公司联合提出了海底核电站的设计方案。
它与美国的海底核电站的主要区别是，装置了两座反应堆舱。这样，在一座反应堆停堆换料或检修时，另一堆可照常供电，保证采油平台连续用电的需要。反应堆安置在长60米、直径为10米的耐压舱内，耐压舱可在500米深的海底长期稳定工作。
耐压舱的外壳是用双层5至7厘米厚的钢板制成的，中间灌注混凝土，其厚度为0.5至1.5米并随水深而增大。汽轮发电机共装备了3台，也分别密封在耐压舱内，以确保电气供应的需要。
地下核电站
1986年，苏联切尔诺贝利核电站发生事故以后，核电站设计专家们为提高核电站的安全系数，进行了深入的调查研究。其中有一个研究方向是探讨地下核电站的可行性。结果表明，地下核电站比地上核电站更为安全，并且经济和技术上都是可行的。
苏联核电站反应堆的防护罩只有1.6米厚，反应堆内的熔融核燃料一旦逸出而压到罩壁上，不到1小时就会把罩烧毁。就是现在新的核电站的防护罩也不是很乐观。所以，在未能设计出“绝对安全的反应堆”之前，应将核电站建在地下。目前所说的地下核电站，是把反应堆和控制系统建在石质或半石质地层中的中小型核电站。
根据分析，这种地下核电站至少可保证运营中不危害周围环境，不会发生切尔诺贝利核电站那种浩劫式的事故，而且便于封存寿终正寝的反应堆，减轻地震对核电站的影响。此外，把核电站转入地下，还可以使核电站的建设得以在现有技术水平上得到发展，而无须等到“绝对安全”的核电站设计问世之后再发展核电事业。
太空中的核电站
1978年1月24日，苏联军用卫星“宇宙954”号因控制机构失灵而坠入大气层，变成许多小碎片，散落在加拿大的西北部地区。加拿大政府就此向前苏联政府提出抗议，并要求赔偿损失。国外一些报刊也就此纷纷发表评论。
卫星坠毁于他国，怎么竟引起抗议和纠纷呢？原来在前苏联这颗军用卫星上装有核反应堆，卫星失事后变成碎片散落在地面上，就会产生污染。人们由此知道，核反应堆已被搬上太空，成为当时超级大国争夺空间的重要工具。
其实，美国在这方面也毫不示弱。早在1965年，它就发射了一颗装有核反应堆的卫星。
将核反应堆装在卫星上，主要是用它提供重量轻、性能可靠、使用寿命长和成本较低的电能。
在卫星上装有各种电子设备，包括电子计算机、自动控制装置、通信联络机构、电视摄像和发送系统等，都需要使用大量可靠的电能。对于用来探测火星、木星等星体的行星际飞行器，配备的电子设备就更多更复杂，而且来回航程就要数年甚至十几年。在此期间，还要与地球保持不断的联系。因此，这种太空飞行器上所用的电源，就要求容量更大，性能更加可靠。
为了满足太空卫星和飞行器的用电要求，人们进行了各种试验研究。
20世纪60年代初期，首先在卫星和太空飞行器上使用了燃料电池。这种电池和普通化学电池（即干电池）不同，实际上是一种发电设备。只要向电池中不断地注入反应物质（流体）。排出反应的产物，燃料电池就能长期连续地进行工作。
通常广泛采用的是氢-氧燃料电池。由于这种燃料电池是一种把燃料具有的化学能，也就是氢-氧燃料的燃烧热能连续而直接地转变成电能，没有作机械运动的零部件，所以工作稳定可靠。不仅如此，它除了能得到需要的电能外，还可以得到与燃料的消耗量相同的水。这种水经过净化以后就可供人饮用。这对太空飞行器来说，是一种宝贵的副产品。美国的“阿波罗”飞船登上月球，就采用了氢-氧燃料电池。但是，燃料电池的成本高，使用寿命最长为几十天，不能满足长期使用的要求。
堪称空间电源大力士的核反应堆，其电容量从500瓦至几千瓦，甚至可高达百万瓦。在这种情况下，对于要求电源容量越来越大的一些太空飞行器来说，就理所当然地选用核反应堆作电源了。
太空核反应堆在工作原理上与陆地上的核反应堆基本一样，只是前者由于在太空飞行中使用，要求反应堆体积小，轻便实用。为此，太空核反应堆所用的燃料是纯铀-235。这种核反应堆连同控制装置，大约像2千克重的小西瓜那么大。反应堆运行时产生的热量，一般用以下两种办法转换成电能：一种办法是，将装有液态金属（如水银或钾钠合金）的管子从反应堆中通过，液态金属就吸收热量变成蒸汽，来推动汽轮发电机发电。它的优点是，能量转换效率高，可达30%。缺点是，汽轮机的转速很高，达到每分钟1万转，这在空间飞行无人维修的情况下，很难做到长期安全运行。因此，这种办法未能得到实际使用。另一种方法是，以热电偶或热离子方式发电。它不需要转速很高的汽轮机，所以使用简便，可以长期稳定地发电。但热电偶的转换效率只有2%，绝大多数热量都浪费掉了。
太空核反应堆不仅用作空间飞行器和卫星的主要能源，而且还是未来用于考察和开采月球矿藏的理想电源。在人类征服宇宙空间的伟大事业中，空间核反应堆无疑将是最得力的助手之一。
微型核电
如果可以提供强大的动力，又能小到足以安装在同一块芯片上，那么，我们的生活将彻底改变。永不换电池的手电筒、永不换电池的电子表、永远不用充电的手机、永远不用充电的笔记本等等类似的东西将成为现实。要想实现这个目标，关键在于这个动力装置，宽度小于人的头发，才能用于从生化传感器到医学植入体的各种用途。但这方面存在着一个障碍，目前还没人能拿出一种与这么小的微型机械装置相匹配的能源。
现在，美国威斯康星大学的一组工程师相信他们也许找到了正确的方法。他们已经开始了一个利用核能来提供能量的项目。
这些微型装置的能源不是靠转动的涡轮机来发电，而是利用微量的放射性物质，通过它们的衰变来产生电能。人们曾用这种方法给从心脏起搏器到探索太阳系外层黑暗空间的航天器等各种装置提供能源。研究人员称他们的发电机只使用极少的放射性物质，安全应该不是问题。放射性物质已广泛应用在许多装置中，比如复印机上使用条状的放射性物质消除纸张间的静电。但如果核电要成为未来的微型“机器”的能源，这项技术必须缩小到微观水平。
用放射性材料发电可以有两种方法。放射性材料衰变时发出的热量可以使一些物质放出电子，从而形成电能。但研究小组倾向于一种更直接的方法。当放射性同位素衰变时，会释放出带电粒子，就能直接俘获这些带电粒子，利用它们产生电能。对于这些装置的规模而言，这些粒子产生的电压是非常高的。
这项技术最直接的应用很可能是用来研制各种各样的微型传感器。一种合适的能源能够用无线联络的方式把数以百计的微型传感器联系起来，这是一项在军事上很有潜力的用途。这样的传感器小至肉眼无法看到，可以在恶劣环境中探测化学物质的存在。这些传感器也能用来探测工厂内微量的有害化学物质和气体。一个有趣的前景是，我们可以把这些传感器造得很小，把它们混入重型机械上使用的润滑油中，以便探测什么时候需要对机器进行保养。
 
核能在工农业上的应用
 用于工业检测
材料的某些物理性质用一般的方法很难搞清楚，但是通过观察辐射和物质的相互作用可以很容易的进行测量。例如，测量放射源放出的粒子透过塑料薄膜或纸张之后的粒子数量就能确定薄膜或纸的厚度。从裂变产物分离出来的同位素锶-90和铯-137广泛的用于这样的检测之中。
用探测射线通过物质的方法在外部可以测定管道里流动的液体的密度。管道中的液体起辐射“屏蔽”作用，因为衰减与粒子密度有关。
有几种核技术已用于石油工业中。如油井探测中，有一种方法是测量天然辐射。当把探测器从天然放射性岩石区移到含石油或其他液体区时，信号减少。也可以用中子水分测量仪测量石油的存在，因为石油中含有氢。把中子源和射线探测器放到油井中，可以对化学成分进行中子活化分析。
 改进材料的性能
电子或γ射线辐照可以改变聚合物，如聚乙烯的各种性质。原来的材料是由很长的平行分子链构成的，辐射使这些链连起来，这种过程叫做交联。辐照过的聚乙烯具有较好的抗热性，是很好的电线绝缘包皮材料。经过辐射可以把适宜的聚合物结合到纤维基底上。用这种方法可以制造各种不吸尘土的织物。
 化学药品合成
使用高能γ辐射可以引发某些化学反应。在实验室里可以进行很多这样的反应，但相对来讲多数反应是不经济的。然而有一个例外，这就是溴乙烷的生产。此为挥发性的有机液体，在有机材料的合成中用作中间化合物。钴-60源的γ辐射在溴化氢和乙烯的化合中起催化剂作用。人们发现作为催化剂的γ射线比化学催化剂、紫外线光电子轰击都好。通过这种独特的方法每年生产数量不少的溴乙烷。另外，在商业上，重要的化学制品聚乙烯也是由钴的γ射线轰击乙烯而产生的。
 木材塑化加工
经γ辐照生产的新型木质地板市场需求量很大。木材用塑胶浸泡，并通过一束γ射线。这束γ射线改变了塑胶的分子结构，使木材表面光滑并能防火。产品的外观没有什么变化，但材料都变得非常坚硬，在公共场所使用这种木材是合适的。此外，还可用类似的辐照技术制作经久耐用的建筑用材，如花砖。
 辐照灭菌
苏联早在1958年就第一个批准了土豆、谷物等食品，经辐照处理后可在市场上出售，收获后的土豆，不需任何包装，经辐照处理后，放在地窖中藏至夏天，仍像刚收获时一样新鲜。目前有许多国家批准几十种食品可用辐照保藏技术。如鱼及鱼制品，小麦及其制品，还有大米、鸡肉、热带水果、火腿和豆类等等。
收获后的马铃薯或洋葱，经过一定的休眠期，就会一齐发芽。这是日常生活中常见的现象。如果在其休眠期间，利用钴-60的γ射线进行照射，就可以破坏其发芽组织，保证在半年以上不发芽，而食品的味道和成分决不会因此发生任何变化。
另外，辐射的杀伤力可加以利用。污水通常是采用“活性污泥法”进行处理的。由此产生的沉积物、淤渣泥浆也是十分讨厌的，需要进一步处理。日本用的处理办法是把污泥放到焚烧炉中焚烧。而德国则采用钴-60的γ射线进行处理，为此，在慕尼黑附近建造了一个专用的试验场。该试验场目前一直在工作，每天处理的污泥浆可达100立方米左右。这就是利用辐射杀伤力的一个实例。
污泥浆本身含有很多磷、氮等优质肥料。但是另一方面，人们也担心在污泥中隐藏了各种各样的细菌。因此，先要用钴-60的γ射线进行辐照灭菌，然后才能用作肥料。在日本，正在研究采用铯-137进行照射的方法，以代替价格比较昂贵的钴-60。铯-137夹杂在核电站运行时产生的放射性废物中，处理起来是很麻烦的。如果能将铯-137分离出来，用以处理污泥浆可谓是一件一箭双雕，甚至是一箭三雕的大好事。所以，这项研究受到很大的关注。
 核能育种
我们常常听到一句话，就是种瓜得瓜，种豆得豆。这就是我们所知道的遗传性，就是它们的后代都有与其相似的特性。我们之所以还能吃到古代人所说的五谷杂粮，就是因为遗传的原因。同时，我们所能得到的作物类粮食，却比古人们的所得高产得多。这是为什么呢？
在过去的若干年里，我们的祖先发现，同样的作物，有的地区高产，而有的地区却低产，而这个增产的作物，被他们引到自己田地的时候，也可以高产。他们发现了这个秘密，这个秘密就是植物的变异性，而任何生物的进化，都离不开这种变异。
当前我们看到的成千上万种农作物品种都是在历史的长河中，由于植物本身的遗传和变异，再经过长期的自然选择和人工选择而形成的。
生物的这种特性，是上帝的恩赐，需要长久的等待，等待一次偶然的变异，而这次变异正可以弥补当前的不足，一次有利变异，大概是百万分之一的机会。随着科技水平的提高，尤其近代的科学水平的突飞猛进，人们已不再等待自然的恩赐，单纯地利用植物本身自然产生的变异，而能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型，这种方法叫“人工引变”。人们已经弄清楚，生物性状的遗传是受一种叫“基因”的遗传物质控制的，它存在于生物细胞内的染色体中。这种传递遗传信息的遗传物质，已经在电子显微镜下可以看到它的分子结构。如果这种物质的原有结构发生改变，就能引起生物性状的变异。应用原子反应堆产生的热中子或加速器产生的快中子，以及放射性同位素放出的射线，都可以使生物细胞内遗传物质的结构发生改变，因而引起生物形形色色的性状突变。
人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中，进行认真、仔细的选择，才能育成我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做“辐射育种”。是继“系统选种”、“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。这一新技术，随着我国原子核科学技术的发展，已在全国广泛开展起来，并取得显著效果。
“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴-60放出的γ射线处理棉花杂交的后代育成的。
 核能防蝗灾
中国自古就是一个灾害频发的国家，蝗灾与水灾、旱灾并称为中国三大灾害，尤其蝗灾，受灾范围、受灾程度堪称世界之最。。
蝗灾真的没有办法根治吗？和蝗灾类似的，日本发生过一次特别严重的虫灾，有一种以松树为食的虫子，对松树的危害性极大。在一年的时间里，被这种害虫咬死的松树很多很多，所造成的经济损失相当于30万人口的城市居民全部破产。但是，如果从空中撒布大量农药，会破坏自然生态体系。所以，这一建议遭到强烈反对，一直未能付诸实施。因此，目前正在研究采用辐照的办法，从根本上消灭这种食松虫。这种办法的可行性，在美国得到证实。
在美国的南部和西南部，有一种可怕的蝇子叫螺旋蝇。它们专门在家畜的伤口上产卵，尔后在伤口上孵化出来的幼蝇能造成家畜的死亡。这种螺旋蝇造成的损失每年达数百万美元。为了消灭这种螺旋蝇，有人在一个岛屿上建立了大规模的繁殖设备，培育大量的螺旋蝇幼虫。在它们还是虫蛹的时期，给予大剂量的照射。这样的照射剂量差不多是人体致死剂量的10倍，但是对昆虫来说，并不会致死。
不过，这样大的照射剂量足以使这些螺旋蝇幼虫失去生育能力。然后，把5000万只绝育的螺旋蝇放到附近各个岛屿上。在南方的温暖阳光下，这些螺旋蝇到处进行交配。但是，由于这些螺旋蝇已做过绝育手术，交配后的螺旋蝇再也不会产卵繁殖了。这样，经过大约一年半的时间，就可以使这种蝇灭绝。
这种消灭害虫的作战方法叫做“辐射绝育法”，也叫“雄性不育法”。日本也曾在久米岛对这种螺旋蝇运用过这一战术。从1975年2月开始，每周放出400万只绝育的螺旋蝇。结果，该岛上的这种蝇全部被消灭了。在冲绳县农业试验场，还在进一步研究大量饲养螺旋蝇的新技术，准备每周饲养绝育的螺旋蝇1亿只，以消灭全县的螺旋蝇。
 根茎叶的侦察兵
农民很重视给农作物施肥。但是，给作物施肥以后，作物是否吸收了这些肥料呢？如果肥料被吸收了，那么，它们到达了作物身体的哪一部分，发挥什么作用呢？对这个问题，过去，人们只能从作物的生长情况，作个大概的分析估计。当然，也有人想，要是能在肥料里派几个侦察兵，让它们和肥料一同进入作物的身体内部，再把它们在作物身体内部的情况不断报告出来，那就再好不过了。
自从发现放射性同位素以后，农学家们就找到肥料中的侦察兵了，派放射性同位素去做这项工作。
氮、磷、钾被称为植物营养的三大要素。但是，它们进入植物身体以后，究竟怎么工作呢？我们举个例子，人们想知道磷肥进入植物身体后的情况，就在植物的肥料里加进一点放射性同位素磷-32，和普通的磷-31混在一起，它们就成了肥料在植物体内的示踪剂。
因为，对植物来说，并不能区别出这两种磷有什么不同。
在施过肥料以后，植物对这两种磷一样看待，将它们加以吸收并转化成营养物。带有放射性标志的磷与肥料中的普通磷混杂在一起，被植物的根部吸收，通过茎再被送到叶片和果实部分。这些放射性同位素磷-32，就是送入植物体内的肥料侦察兵，就这样地打入植物内部，同时，不断地发出放射性的信号。它们就是肥料的示踪剂。
科学家在给植物施过加有磷-32的肥料之后，隔2天、5天、9天或若干天，摘取植物的叶片或者茎、根部分，与照相底片贴紧并放置一段时间。由于这些部分含有放射性同位素磷-32，放出的射线会使照相底片感光、显影，从而可以了解这些放射性同位素钻进植物内部以后的行迹。也就是说，肥料成分被吸收的情况、移动的速度、在植物体内的分布等等，都可以清清楚楚地显示在照相底片上。像这样，把示踪剂和射线照相技术结合起来，就形成了所谓的自射线照相术（又叫做放射自显影）。
当然，要了解放射性的分布情况，不限于使用自射线照相术，也可以采用灵敏度非常高的各种射线探测器进行跟踪测量。此外，用作示踪剂的放射性同位素也可以是多种多样的。除了磷-32以外，还有钾、镁、铜、钼、氟、溴等等，人们可以根据需要加以适当选择。
 
核能在医学上的应用
当代国际医学科学界将原子能、电脑、光纤技术等最新科技应用于医疗事业，建立了生物医学工程，并由此产生了一门现代化医学的新学科——核医学。
首先是显像技术，其次是体外放射分析技术的革新。这种革新虽然开始不久，但已经从基础理论研究转向综合临床研究，对乳腺癌、糖尿病的诊断和治疗，都有重要指导作用。
后来，核医学的应用又得到了进一步发展，将显像与代谢功能结合起来，例如将γ射线成像技术、电脑图像分析与血液动力学、心肌代谢、放射性追踪等结合起来，已形成了完整的心脏核医学，可对心脏的泵功能、心肌血流灌注、血液通路、心肌代谢、心室壁运动等进行全面观察，成为现代对心脏病研究及诊断中不可缺少的一个重要步骤。
此外，利用放射性核素放出射线的能量来产生电能的“核电池”，为心脏起搏器提供动力。至今，世界上已有许多人使用了核电池心脏起搏器。
临床心脏病学的诊断手段不断增多，除传统的听诊器、心电图和X射线胸片外，现代心脏病学还离不开心导管及X射线心血管造影。但创伤性心导管检查会给病人带来一定的痛苦，并有一定的危险性，不宜重复检查，亦不适合于重症患者。
近年来，非创伤性检查技术，如超声心电图及放射性同位素检查法获得快速发展。后者十余年来已逐步形成了临床核医学的一个分支——核心脏学。
由于放射性药物的发展，仪器的改进以及计算机的配合应用，核心脏学临床应用逐渐扩大。
 CT机
X射线的特征是波长非常短，频率很高。因此，X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以，X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转，说明X射线是不带电的粒子流。
1906年，实验证明X射线是波长很短的一种电磁波，因此能产生衍射现象。X射线用来帮助人们进行医学诊断和工业上的非破坏性材料的检查。
自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。因为X射线对那些重叠的病变组织难以发现，美国与英国科学家开始寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。
1963年，美国物理学家科马克通过人体不同的组织对X线的透过率的不同，得出了一些有关的计算公式。这些公式就是CT的理论基础。
1967年，英国电子工程师亨斯费尔德也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，对人的头部进行实验性扫描测量，又用这种装置去测量全身，效果是相同的。这个扫描装置，就是后来的CT机。
1971年9月，亨斯费尔德在伦敦郊外一家医院与一位神经放射学家安装了他设计制造的这种装置，开始做头部检查。医院用它检查了第一个病人，试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。
CT是一种功能齐全的病情探测仪器。它是电子计算机X射线断层扫描技术的简称。它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机。电子计算机对数据进行处理后，就可以摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。
但是CT扫描带来的危害来自于射线源，必须引起重视。高能射线源能对人体组织及环境造成不可逆转的破坏，即使是医用的X射线CT，多次的累积使用，X射线依然会对患者被照组织产生一定的影响。
 放射治疗
放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类X射线治疗机或加速器产生的X射线、电子线、质子束及其它粒子束等治疗恶性肿瘤的一种方法。
放射疗法，是癌症三大治疗手段之一，放疗可单独使用，也可与手术、化疗等配合，作为综合治疗的一部分，以提高癌症的治愈率。在手术前，先作一段放疗使肿瘤体积缩小些，便可使原来不能手术的患者争取到手术的机会。其原理是依据大量的放射线所带的能量破坏细胞的染色体，使细胞生长停止。所以，可用于对抗快速生长分裂的癌细胞。放射线治疗是最常用的直接或辅助治疗癌症的方式。此外，骨髓移植前，也必须进行全身的放射线照射，以消除所有恶性的细胞。
这种疗法，是利用放射线对癌细胞的致死效果的疗法。由于足够的放射剂量仅是对被照射部位有治疗效果，是和外科手术疗法相同的，都是局部疗法。但是，进行放射疗法的适应症状癌症，在症状改善，延长生命，比外科手术要优越的多，是最好的期望结果。对晚期癌症则可达到缓解压迫、止痛等效果。
放射疗法对周围正常的组织损伤不大，对异常增殖的癌肿大量的杀伤，使之缩小，同时机体又再次尽可能发挥最大的调节功能。
目前，除了采用高能X线、γ射线外，开始利用高能粒子线进行癌的放射疗法。今后可以期待这种方法在放射疗法中起到更重要的作用。
放射治疗的发展历史只有80多年，但发展很快，从X线机到超高压装置，不断完善更新，形成了一个复杂、基础知识广，包括放射物理、放射生物、肿瘤学、临床放疗技术的学科。由于早年放疗放射剂量、生物效应处于无经验初期，造成过度放射的损伤。目前的放疗学科已发展到分子生物学的研究阶段，和广泛使用计算机控制的高新治疗设备阶段，大量的经验已成规范理论，完全可以预测到它的副作用程度。
放疗已是肿瘤治疗中不可缺少的手段之一。在所有恶性肿瘤病人中，有60～70%需用放射治疗。
放疗和化疗综合虽然有很多的优点，但放疗不能减轻化疗的毒性作用；化疗也不能减少放疗的损伤作用，如，化疗抑制全身的骨髓，放疗也产生局部的骨髓抑制，病人常常因而无法继续治疗。放疗能够引起全身反应，如精神不振、食欲下降、身体衰弱、恶心呕吐、食后胀满等，而且使照射部位、口咽部位和口腔粘膜损伤发生溃疡、糜烂、出血等。
 
核能在军事上的应用
核武器，是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。核武器一般是指由核弹头及其投掷发射系统组成的武器系统。主要利用铀-235或钚-239等重原子核的链式裂变反应原理制成的核武器，叫做裂变武器，或称原子弹。主要利用重氢（氘）、超重氢（氚）等轻原子核的热核聚变反应原理制成的武器称聚变武器，也称热核武器或氢弹。轻核发生自持热核反应的先决条件是高温、高密度，目前只能由原子弹爆炸来实现。这种专门设计的起爆核装置称为氢弹初级；产生热核反应放出能量和中子并诱发重核裂变反应放出更多能量的氢弹主体部分，称为氢弹次级。现有各种类型的核武器都是以裂变和聚变反应为基础的，有时这两种核反应还互相交错运用（如助爆型原子弹）。中子弹实际上也是一种增强核辐射性能的小型氢弹。
核武器爆炸时释放的能量，比只装化学炸药的常规武器要大得多。1000克铀全部裂变释放的能量相当于近2万吨TNT炸药的威力；1000克氘完全聚变释放的能量相当于6万吨TNT炸药的威力。核武器释放的总能量通常用爆炸释放相同能量的TNT炸药量来表示，称TNT当量。核武器爆炸不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。因此，在爆点周围不大的范围内形成极高的温度和压力，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光热辐射。向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失，在这个过程中又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。
核武器按核装置原理结构的不同可分为原子弹、氢弹和特殊性能核武器；从投射系统不同，可分为核导弹、核航空炸弹、核炮弹、核深水炸弹、核鱼雷、核地雷等；从作战使用划分，可分为战略核武器和战术核武器等。核武器在不同介质中和不同高度（或深度）处爆炸时，其外观景象和杀伤破坏效应差别很大。通常分为空中、地（水）面、地（水）下和高空核爆炸等。核爆炸方式的选择要根据作战任务、目标性质和地形、气象条件等因素确定。
核武器的出现，是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。
1938年12月，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了铀原子核裂变现象。这个时候正是第二次世界大战开始的时候，纳粹德国也开始了研究原子弹的工作，如果德国研究成功，那样后果将不堪设想。为了消灭纳粹，1939年8月，流亡美国的德裔物理学家爱因斯坦上书美国总统罗斯福，建议尽快研究原子弹。罗斯福总统下令研制原子弹，并发展为代号“曼哈顿工程区”的庞大计划。直接动用的人力约60万人，投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时，美国研制成3颗原子弹。1945年7月16日进行了首次原子弹试验，并于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎，投下了仅有的两颗原子弹。随后，1949年8月原苏联也进行了原子弹试验。1952年英国、1960年法国、1964年中国也先后进行了原子弹试验，打破了美国的核袭断。
1950年10月31日，美国进行了以液态氘为热核燃料的氢弹原理试验，但核装置非常笨重不能用作武器。1953年8月，苏联进行了以固态氘化锂6为热核燃料的氢弹试验，使氢弹的实用成为可能。中国1966年成功地进行了首次氢弹原理试验，1967年进行了氢弹空爆试验，以世界上最快的速度完成了核武器这两个发展阶段的任务。
到80年代末，美国和苏联已拥有核弹5.4万余枚，总威力约为150亿吨TNT当量。到1989年底为止，双方所进行的核试验次数达1500多次，大量的核试验使核武器的设计技术有了显著的提高，品种、数量不断增加。60年代以来核弹头的重量、尺寸大幅度减小，但威力有了显著提高。70年代，核武器的生存能力和命中精度等战术技术性能大大提高，为适应作战的需要，美国、苏联研制了威力可调、多种运载工具通用的核装置，安全性、可靠性也不断提高。
 原子弹
原子弹是核武器之一。
是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用，并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀-235或钚-239等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹。
原子弹主要是利用核裂变释放出来的巨大能量来起杀伤作用的一种武器。它与核反应堆一样，依据的同样是核裂变链式反应。
反应堆既然能实现链式反应，那么只要使它的中子增殖系数k大于1，不加控制，链式反应的规模将越来越大，则最终会发生爆炸。所谓反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。也就是说，反应堆也可以成为一颗“原子弹”。
但是，反应堆重达几百吨、几千吨，无法作为武器使用。而且在这种情况下，裂变物质的利用率很低，爆炸威力也不大。因此，要制造原子弹，首先要减小临界质量，同时要提高爆炸威力。这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系，装药必须是高浓度的裂变物质，同时要求装药量大大超过临界质量，以使增殖系数k远远大于1。
在讲述原子弹的结构原理之前，我们先来介绍一下原子弹的装药。到目前为止，能大量得到、并可以用作原子弹装药的还只限于铀-235、钚-239和铀-233三种裂变物质