1896年，贝克勒尔发现天然放射性，从此人类进入了原子核世界的大门。随后，1919年，卢瑟福等人利用α粒子轰击氮核，首次实现人工核反应。1905年，爱因斯坦提出的质能转换公式更为核能利用奠定了基础。原子由原子核及核外电子组成，核外电子排列改变所产生的能量是化学能，而核内中子和质子改变所产生的能量就是核能（原子核能）。
根据核能的利用形式，我们可以将核能分为核衰变能、核裂变能及核聚变能三种类型。所谓核衰变能，是核素发生放射性衰变的过程中所放出的能量；核裂变能，是235U、238U等重核发生裂变反应过程中放出的能量；而核聚变能是氘氚等一些比较轻的核，发生聚合反应放出的能量。对于核裂变能，常见的包括可控的核裂变反应堆以及不可控的原子弹。核聚变能不可控的应用就是氢弹，可控的应用就是核聚变反应堆。核衰变能的应用也比较广泛，包括放射性同位素的示踪，辐照加工、辐射成像等。
1942年，费米在芝加哥大学的一个室内网球场建成了世界上第一座核反应堆（芝加哥一号），开启了人类利用核能的新篇章。反应堆是实现可控、自持、链式核裂变反应以实现核能利用的装置。而早期的反应堆主要包括苏联的试验核反应堆，以及美国希平港核电厂，还有我国原子能研究院的重水研究堆、清华大学的屏蔽实验反应堆等，它们大多建成于20世纪50到60年代。
世界上第一座核反应堆——芝加哥一号
我们通常所说的核电站，最常见也是应用最广泛的堆型就是压水型反应堆，简称压水堆。压水堆采用轻水做冷却剂和慢化剂，在运行的过程中，冷却剂维持在比较高的一个压力，高达15MPa左右，大约是150个大气压。这么高的压力，就使得流经堆芯的水不会发生沸腾，始终保持是一个液相的状态。而堆芯出口温度可以达到300℃以上，这就能够实现一个比较高的换热效率。这幅图是典型的压水堆核电厂工作原理示意图。其实，核电站与传统的火力发电站基本的热力循环原理是类似的，只不过是我们用核蒸汽供应系统代替了传统的蒸汽锅炉。核蒸汽供应系统由反应堆、蒸汽发生器、稳压器、主泵等一些关键设备组成，冷却剂流经堆芯，将核燃料裂变放出的热量，从堆芯中带走，进入到蒸汽发生器内与二回路水发生热交换，二回路的水变成蒸汽带动汽轮机发电。这里展示的是压水堆核电厂主要设备的模型，包括核反应堆、蒸汽发生器以及压水堆核电厂的安全壳，还有常规岛和相关的一些配套的设施。
压水堆核电站工作原理示意图
核电被公认为是安全、清洁、高效的能量形式。核电具有非常高的能量密度， 1kg 235U完全裂变放出的能量，大约相当于2700吨标准煤完全燃烧所释放的能量。核聚变反应中，1kg氘氚发生聚变放出的能量，大约相当于1100吨标准煤完全燃烧放出的能量。由于能量密度高，使得在建设核电站时，不需要大面积的场地来储存核燃料及核废料，也就相应降低了运输成本。与此同时，通常核反应堆装载一炉燃料，在一年半的时间内无需换料，具有较高的经济性。
而核电也是一种清洁的能源。相同功率水平的核电厂与火电厂每年废物排放量相比较，核电厂不仅每年的燃料消耗量非常小，而且不会产生CO2、SO2等温室气体。以我国自主设计建造的“华龙一号”核电厂为例，它每年可发电100亿度，可满足100万人口城市生活和工业用电需求，可以节省300多万吨的燃煤，并且减排800多万吨的CO2。
那么，核电是安全的吗？——核电的安全性也是有保障的。我们主要是通过设置多道屏障和实施纵深防御，确保核电的安全性，来防止放射性物质向周围环境的释放。所谓设置多道屏障，就是我们在核电站设计过程中，采取了多道屏障设计，来阻止放射性物质向周围环境的释放。其中，第一道屏障是燃料芯块，第二道是包覆在燃料芯块外面的燃料包壳，第三道屏障就是反应堆的一回路及其压力边界，最后一道屏障是我们将整个反应堆的核岛（包括反应堆和蒸汽发生器、一回路等）全都包裹在一个厚厚的钢制预应力混凝土的安全壳内。与此同时，我们在设计上也从设备和措施等多方面采取冗余、多层次的重叠保护，进一步提升核电的安全性。
核电从20世纪50年代诞生以来的发展历程，大致可以分为四个阶段。第一代是早期的原型堆，第二代是商用的动力堆，第三代是先进的轻水堆，而第四代是新型的核能系统。
核电技术发展历程
其中第一代核电厂主要建设的是一些原型核反应堆，例如像苏联的奥布宁斯克实验核电厂，以及美国的希平港核电站，它是世界上第一个商用的核电厂。它们大多是在20世纪50到60年代建成的，目前绝大部分都已经退役。而第一代核电厂，证明了核电技术的可行性。
第二代核电厂是20世纪70年代建成的商用反应堆，它们具有比较多的运行经验，技术也相对更加成熟，经济性和安全性得到了比较好的验证，并且在不断地进行改进。而第二代核电厂，也证明了经济上的可行性。
第三代核电厂则具有更高的安全性，它们在设计上具有预防和缓解严重事故的能力，在经济上可以与天然气机组相互竞争。例如，在2018年6月30日，全球首台AP1000核电机组在三门核电建成。
第四代核电厂与前面几代核电厂相比，在经济性和安全性得到进一步提升，主要体现在核反应堆及燃料循环方面具有重大的创新，而安全性和经济性也更加优越，能够更好地着眼于核能的长远发展。
我国的核工业的开端是1955年1月15日，在中央书记处扩大会议上，我国领导人高瞻远瞩，作出了发展中国的原子能事业、研制原子弹的伟大战略决策。1964年10月16日，我国第一颗原子弹爆炸成功。
我国早期的一些核电机组主要是从国外引进的。例如，大亚湾和岭澳核电引进的是法国的M310核电机组；秦山三期所建设的重水反应堆，引进的是加拿大的技术；田湾是从俄罗斯引进的VVER，三门和海阳是从美国引进的AP1000。我国的核电人也在不断的进行着自主创新，突破了重重困难，最终实现了包括像“华龙一号”“国和一号”、高温气冷堆、钠冷快堆等一系列先进核电技术在内的自主化。
我国主要的核电基地。首先是位于杭州湾的秦山核电站，这是我国第一座自主设计建造和运营的压水堆核电厂，1991年实现首次并网发电。而秦山核电也被誉为“国之光荣”，结束了中国大陆没有核电的历史。秦山核电站在2021年的时候也开展了供热示范工程。
第一期工程主要是为海盐3个小区近4000户居民提供了零碳、清洁、高效的核暖气。秦山核电自建成以来的30余年，累计发电超过7300亿kWh，相当于减排二氧化碳6.8亿吨，为我国“双碳”战略的实施作出了重要的贡献。大亚湾核电厂位于深圳东部大亚湾畔，于1994年正式投入商用，是我国引进外资设备和技术建设的第一座商用核电厂。
“华龙一号”核电站，可能大家从新闻报道上也了解到了，“华龙一号”是我国完全自主知识产权的三代压水堆核电技术，跟中国高铁一样，“华龙一号”也已经成为我们国家核电技术走向世界的一张“国家名片”。2020年11月27日，华龙一号全球首堆福清核电5号机组建成。2022年5月20日，“华龙一号”海外首堆，巴基斯坦卡拉奇K2核电机组投入商运，也填补了巴基斯坦本国1/3的电力缺口。
我国核电走向世界的国家名片——“华龙一号”
与此同时，我们国家也在第四代先进核能技术方面开展了有益的探索，取得了丰硕的成果。2020年12月20日，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站首次并网发电。高温气冷堆与刚才介绍的压水型反应堆的区别是，它采用氦气做冷却剂，石墨做慢化剂和反应层结构材料，具有更好的安全性和更高的出口温度，从而使得高温气冷堆的发电效率更高，热效率可以达到50%，相当于同等热功率压水堆发电能力的1.5倍。同时由于它的出口温度更高，达到了现代工业规模反应堆所实现的最高温度——750℃，这样可以实现热电联产，并且可以跟钢铁工业等相结合。
在过去几十年中，我国核电走过了从无到有、由弱到强，从学习、引进到自主创新的过程，并且实现了从跟跑、并跑到领跑的跨越。我国目前的核电技术和综合实力也已经跻身世界第一方阵。而核电也将继续助推我国绿色低碳高质量发展，为守护碧水青山、建设美丽中国贡献力量。
