翻译人员: Hongji Zhang 校对人员: Yolanda Zhang
二战期间，在芝加哥 一个十二月的下午，
科学家们破开了铀原子中心的原子核，
并反复地将核物质转化为能量。
他们第一次在一个新的工程奇迹里
创造出了一个连锁反应：
核反应堆。
从那时起，从铀原子核中 开采大量能量的能力
使核电被一些人列为
一种理想，丰富的电力来源。
一个现代核反应堆可以从 一公斤的燃料里产生足够的电力，
供给一个美国普通家庭近34年。
但与主宰全球电力市场相反的是，
核电从1996年18%的历史最高点
下降到现在的11％。
而且预计在未来的 几十年里它将进一步下滑。
这项技术的巨大前景去哪儿了？
事实证明，核电还面临着很多问题，
包括昂贵的建设成本
和公众的反对。
而且这些问题背后还有 一系列独特的工程挑战。
核能依赖于铀的核裂变
和一个可控的
复制性核裂变的链式反应。
原子核密集地包裹着由强大核力
所束缚的质子和中子。
大多数铀原子总共有 238个质子和中子，
但是每140个原子中大约 有一个缺少三个中子，
而且这种较轻的同位素结构并不紧密。
与它的近亲相比，
中子的撞击很容易 将铀 - 235的原子核
分成更轻的，叫做 裂变产物的放射性元素，
两到三个中子，
伽马射线，
和一些中微子。
在裂变过程中，一些核物质被转化为能量。
新发现的能量中的一小部分 为速移的中子提供了能量，
如果它们中的一些撞到了铀原子核，
那么裂变将产生第二代更多的中子。
如果这第二代中子撞到更多的铀原子核，
更多的裂变会导致 更庞大的第三代，以此类推。
但在核反应堆里，
这种螺旋链式反应使用元素控制棒来
捕捉多余的中子，并控制它们的数量。
采用可控链式反应，
反应器可稳定供电数年。
以中子领导的链式反应 是驱动核电的重要过程，
但有一个隐情会导致
一些其燃料生产的独特要求。
事实证明，裂变产生的 大部分中子有太多的动能，
无法被铀核捕捉到。
这导致裂变率太低， 链式反应会逐渐消失。
芝加哥的第一个核反应堆 用石墨作为慢化剂
来分散，减缓中子直到它们被铀捕抓到，
从而提高裂变的速度。
现代反应堆通常使用纯化水作为慢化剂，
但散射的中子还是很快。
为了维持链式反应，
铀-235浓度会被浓缩到
天然浓度的4至7倍。
现今，浓缩通常是由气态铀化合物
通过离心机
从较重的 铀-238 分出 较轻的 铀-235来实现。
但同样的步骤也可以 继续来使铀-235高量浓缩
致它的天然丰度的130倍，
并在炸弹中创造出爆破连锁反应。
像这种离心处理的步骤必须小心处理
来限制核燃料的扩散。
记住，只有一丁点的核裂变能
是从加速中子运动中得来的。
大部分核能是核裂变产生的动能
这些能量获取于在反应堆内部加温冷却剂，
通常是纯净水。
这些热量最终会被用来在反应堆外部
蒸汽驱动汽轮机。
水的流动不仅对制造电流十分关键，
它还被用来防备最可怕的反应堆事故，
溶解。
如果承载水流的管道破裂，
或者水泵失灵，
铀就会迅速升温并溶解。
在核溶解过程中，
放射性蒸汽会浸入反应堆，
如果反应堆无法承受它们，
那么坚固的钢铁容器将成为最后的防线。
但如果放射性气压太高，
容器无法阻拦它， 那么放射性气体就会渗入空气，
然后被风广泛散播。
这些蒸汽中的放射性裂变物质
会最终衰退成稳定元素。
有的物质会在几秒钟内定型，
但有的则需要上百上千年的时间。
对于一个核反应堆的最大挑战就是
安全的存储这些放射性元素
并使它们不能伤害到人类与自然。
核燃料的耗尽不代表 放射性元素储存不再是个问题。
实际上，存储变成了一个更严重的问题。
每过一两年，
一些用完的燃料就会被从反应堆中提走，
然后储存在废水池中来冷却这些残渣
和隔绝辐射。
辐射性燃料是由裂变失败的铀，
裂变过的铀，
和一种自然中不存在的 放射性钚混合而成的。
这种混合物必须在它变得安全稳定化之前
从自然环境中隔离出来。
许多国家都计划在深层地下管道中 长期储存这些混合物，
但都没有付诸实施，
并且这些项目的长期安全性 还存在着不确定性要素。
一个只存在了几百年的国家
又怎么能计划去安存 半衰期为24000年的
钚元素呢？
今天，核能设施都建设在核废料上面，
而这些废料并没有得到合理储存。
不单是核辐射， 用过的核燃料可能更加危险。
钚可以经受连锁核反应
并可以从残渣中被挖掘出来制造新的炸弹。
核废料的储存不仅对环境有着安全威胁，
对于一个国家来说，它也有着安全隐患。
那谁又该是这些燃料的监管者呢？
科学家先驱在核年代伊始
率先开发出了可靠的能将大量能量
从原子中提取
并制成炸弹，
和拥有无限潜力的可控能源的方法。
但后继者们却只惭愧的学习到了
受工业限制的非理想科技。
次原子领域的开采成为了复杂， 昂贵，和有风险的工程。