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第二次世界大战期间，科学家们取得了突破，通过铀原子的链式反应将核质量转化为能量。由于核反应堆的诞生，这成为了现实。从那时起，从铀核中提取的能量就被许多人想象为取之不尽用之不竭的电力来源。
如今的核反应堆仅需一公斤燃料即可为俄罗斯普通家庭供电 34 年。然而，核能在全球能源结构中的份额已从1996年的18%下降到如今的11%，并且预计将继续下降。这项有前途的技术的命运发生变化的原因是什么？
核电面临着许多挑战，包括高昂的建设成本和公众的强烈反对。这些问题根源于特定的工程挑战。核能基于铀核裂变过程和分裂更多核的受控链式反应。
原子核中密布着质子和中子，质子和中子通过强大的核力结合在一起。大多数铀原子有 238 个质子和中子，但每 140 个铀原子就少有 3 个中子，因此稳定性较差。这种轻质 U-235 原子核很容易被中子分裂成光、放射性碎片，并且还释放出额外的中子、伽马射线和中微子。
在裂变过程中，部分核质量转化为能量。这种释放的能量激活快速移动的中子，中子与铀核碰撞，产生新一代中子，比前一代中子更强大。这个过程可以继续下去，产生越来越多代的中子。在核反应堆中，这种动态链式反应受到控制棒的严格控制，控制棒“捕获”多余的中子，将其浓度保持在最佳水平。这使得反应堆能够稳定运行多年。
但有一个陷阱：为了维持反应，需要特殊的燃料。裂变过程中释放的中子动能较高，不易被铀原子核捕获，从而降低了裂变本身的效率。第一个反应堆建于芝加哥，使用石墨作为慢化剂来减慢中子速度，从而增加铀核对中子的捕获并加速裂变过程。
现代核反应堆更喜欢使用纯净水作为慢化剂。然而，即便如此，中子的速度还是太“快”。为了维持链式反应，U-235含量增加4-7倍。
如今，铀浓缩通常是通过将气态化合物通过离心机来进行的，在离心机中将轻同位素 U-235 与重同位素 U-238 分离。通过将 U-235 浓缩至比正常水平高 130 倍的水平，可以继续进行相同的过程，从而为核爆炸装置产生爆炸性链式反应。因此，必须仔细控制离心等方法，以防止可用于制造*弹炸**的材料扩散。
重要的是要考虑到裂变过程中释放的能量中只有一小部分用于激活中子。能量的主要部分转化为裂变产物的动能，然后转化为热量，在冷却剂（通常是水）的帮助下，转移到涡轮发电机发电。
水的适当循环不仅对于发电是必要的，而且对于防止反应堆中发生危险事故——熔毁也是必要的。如果由于管道故障或泵故障而停止供水，铀燃料会迅速升温并熔化。
在核熔毁期间，放射性蒸气被释放到反应堆中，如果反应堆无法容纳它们，那么蒸气的最后屏障就变成了由钢和混凝土制成的结构。但如果放射性气体的压力太高，这个外壳就会破裂，将气体释放到大气中，从而扩散放射性。
随着时间的推移，衰变裂变变成稳定的元素——有些在几秒钟内，有些则需要数十万年。反应堆的主要任务是可靠地容纳这些产品，以防止与人类和自然接触。燃料耗尽后，这种遏制措施的重要性就会增加。每隔 1-2 年，部分乏燃料就会被移除并放入特殊的水池中，在那里进行冷却并阻挡其放射性辐射。
因此，我们正在处理失效的铀、裂变产物和钚的混合物——一种自然界中实际上并不存在的物质。有必要确保这种混合物与环境隔离，直到放射性元素完全衰变。
地下储存设施已被提议作为一种解决方案，但尚未实施，而且其耐用性和安全性也受到质疑。只有几个世纪历史的国家如何确保对半衰期长达24000年的钚进行可靠保护？
如今，许多核电站直接在电站场地储存乏燃料。然而，除了放射性之外，乏燃料还包含另一个威胁：可以从中分离出钚，它可以支持链式反应并用于制造核*器武**。因此，核废料储存问题不仅成为环境问题，而且成为国家安全问题。
谁负责确保这些材料的安全储存？核时代的先驱者为从原子中释放大量能量铺平了道路，但随着时间的推移，与这项技术相关的局限性和风险已经变得显而易见。
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