核能是世界上最大、最可靠的清洁能源，每天为美国数千万家庭供电。为了应对气候变化，世界需要新的、更好的方法来利用这种能源，因为核反应堆生产核电的过程不产生温室气体。但是，核反应堆如何在不排放废气的情况下提供如此巨大的能量呢？- 一切从热量开始。

罗杰-布隆奎斯特（Roger Blomquist）是核工程部门的首席核工程师，他将为您解析核能--世界上最大、最可靠的清洁能源。美国每天有数千万人依靠核能发电，为他们的家庭提供电力。将核能转化为电能的过程始于核反应堆。在反应堆中，一种名为铀的元素的原子发生分裂，产生热量。热量被用来产生蒸汽，然后蒸汽被用来转动风力涡轮机，进而产生电力。与燃料燃烧相比，核能发电过程不会释放二氧化碳、烟尘或其他有害化学物质，因此是一种零排放能源。

原子分裂时，核反应堆会释放热量，这一过程被称为裂变。原子是物质的组成部分，由三种粒子组成--中子和质子结合在一起，形成所谓的原子核；电子是绕原子核旋转的带负电荷的粒子。

核反应堆分裂铀原子（一种轻微放射性元素），形成热量。这一过程会释放出热量和中子。其中一些中子继续与其他铀原子碰撞，导致它们发生裂变，从而使核反应持续进行。

这一系列裂变反应都发生在核反应堆中被称为"燃料棒"的部分内。"燃料棒"是一个焊接封闭的长圆柱形管，内装铀。一个燃料组件由 100 到 200 根燃料棒组成。整个反应堆堆芯由数百个燃料组件组成，这些燃料组件被挤压成一个大圆柱形，因此一个反应堆堆芯中通常有数万根燃料棒。

在典型的核电站中，水流过反应堆堆芯中的燃料棒对其进行冷却。这种热量会提高水的温度，使其变成蒸汽。蒸汽被输送到与发电机相连的涡轮机。蒸汽压力使涡轮机旋转，有点像风车。发电机和所有其他发电机一样，利用涡轮机的机械运动来发电。最后，蒸汽在通过涡轮机后会被冷却，转换成水，以便再次使用。与燃烧化石燃料不同，裂变不会释放二氧化碳、烟尘或其他有害化学物质，因此它是一种零排放能源。

虽然最常见的两种类型是压水反应堆（PWR）和沸水反应堆（BWR），但新的核反应堆设计已经开发出来。如今，核反应堆的开发仍在继续，因为这些技术和更新的先进反应堆技术可以帮助满足世界日益增长的能源需求，同时不会导致全球变暖。美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）等实验室站在推动核能发展的最前沿。

在能源部的支持下，阿贡的科学家们正在研究新的反应堆设计和燃料循环技术，这些设计和技术可以提高安全性、提高核电厂的运行效率、减少核废料的数量并缩短建造时间和降低成本。他们的工作建立在该实验室悠久的核研究传统之上。从 20 世纪 40 年代开始，阿贡在开发核能的和平用途方面一直处于领先地位。阿贡的研究、设计和实验构成了当今所有商用核反应堆的基础，同时阿贡的研究人员也站在下一代反应堆新进展的最前沿。

核电站原理图：当脆弱的铀-235（U-235）原子核被中子撞击时，核反应堆中的铀就会分裂或裂变，从而产生热量。与此同时，裂变会产生几个中子，这些中子会继续引起更多的裂变，从而提供平稳、稳定的热量供应，用于发电。使用极少量的燃料就能产生巨大的热量，进而产生电力。

可靠的清洁能源，可在美国经济去碳化过程中发挥重要作用。