电力是清洁能源，发电所消耗的能源原料主要是煤炭、石油和天然气，它们占了发电所消耗的能源的85％。据统计，已探明的油气储量只够人类再消费40余年，而煤炭也只够消费300年左右。此外，煤炭和石油燃烧产生的污染问题也是令人担忧的。更重要的是，煤炭和石油都是重要的化工原料，将它们烧掉实在是很可惜的。为了解决能源短缺的问题，原子核能的开发具有重要意义，并且原子核能也有极好的应用前景。
原子弹爆炸
可怕的原子弹
“两颗原子弹摧毁了两座日本城市”，这是人们对第二次世界大战末期，美国向日本广岛和长崎投下原子弹后留下的深刻记忆。
这两颗分别名为“男婴”和“壮汉”的原子弹，其威力的确是空前的，“男婴”相当于1.5万吨TNT炸药当量，“壮汉”相当于2万吨TNT当量。
爆炸的瞬间，它们产生的上千万摄氏度的高温、几十亿个大气压和多种高能辐射，形成一团火球，顿时把爆炸区内所有的地面物体化为烟尘、夷为平地，数十万人就此被夺去了生命，数百万人就此被造成终身残废，有些甚至还通过遗传殃及到下一代。
贝克勒尔的发现
原子核能为什么会引起爆炸，又为什么可用来作为能源为人类服务呢？
这就要从1896年法国科学家贝克勒尔的发现谈起。一次，贝克勒尔偶然发觉，原来好好地包在黑纸中的照片胶卷被莫名其妙地感光了。为了解开这个谜团，他花费了很多时间和精力，终于弄清这是因为胶卷曾经与铀化物放在一起的缘故。原来铀能放射出一种肉眼看不见的穿透力却极强的射线，正是这种射线使胶卷感了光。于是，铀就被人们称作放射性元素。
后来，居里夫人等一批科学家又进一步发现了镤、镭、钍、钚等放射性更强的元素。居里夫人并因此于1903年和1911年两次获得诺贝尔物理学奖和化学奖。在此期间，人们逐步认识到，物质不仅由分子所组成，分子由一种或几种原子结合所构成，而且原子还可以再分为更小的粒子。这些粒子可以相互作用，使原子核内部结构发生变化，释放出蕴藏在原子核内的巨大能量。
链式反应
1939年，法国科学家约里奥·居里用中子轰击铀原子核，铀原子核一分为二并伴生巨大的能量。由于这能量来自原子核内部，于是就被叫作原子能。
铀核被击碎时，更会产生2-3个新的中子，飞出来再轰击别的铀核，再放出更多的核能和更多的中子……如此这般，就像链条一样，一环套着一环，接连不断地循环下去，反应将愈演愈烈，因此被称作链式反应。这个过程如果不加以控制的话，巨大的核能将在几万分之一秒的瞬间迅猛地被激发出来，那么就会出现原子爆炸；如果设法把它控制在核反应堆中慢慢地进行，就可用来发电、供作开动机器与推动车船的动力。1942年，美国在芝加哥建立了世界上第一座核反应堆，做到人为地控制链式反应，迈出了核能利用的第一步。
两弹爆炸振国威
新华社北京16日消息：“1964年10月16日15时(北京时间)，中国在本土西部地区爆炸了一颗原子弹，成功地实行了第一次核试验。中国核试验成功，是中国人民加强国防、保卫祖国的重大成就，也是中国人民对于保卫世界和平事业的重大贡献。”
这是我国原子弹试验成功之后的报道。为了反对帝国主义对中国的封锁，加强军队实力和提高国防的水平，20世纪50年代末，我国决定研制自己的原子弹和氢弹。毛泽东指出：“搞一点原子弹、氢弹，我看十年工夫完全可能”。在前苏联专家撤走之后，国际舆论认为，“中国恐怕20年也搞不成原子弹”，但中国人完全依靠自己的力量，经过科研人员、工人和解放军的努力，1964年10月16日在我国西北试制成功原子弹，从而继美苏英法之后成为世界上第5个掌握原子弹技术的国家。
中国人研制成功原子弹，西方人并不感到惊奇，只是比他们的估计早了几年。他们认为，“从反应堆积累了几年，得到一些钚，没有什么了不起”。言外之意，中国使用裂变材料是钚(美国投在日本长崎的原子弹就是钚弹)，但他们的估计错了。中国人在技术上取得了突破，已得到足够的铀-235。
原子弹爆炸的当天，周恩来来到人民大会堂，当时正在排练大型音乐舞蹈史诗东方红，他报告：“同志们，毛主席让我告诉大家一个好消息，我国的第一颗原子弹已经爆炸成功了！”在场的人们听到这个消息，无不欢欣鼓舞，很多人都流下了激动的泪花。当天，我国政府郑重发布宣言，“中国在任何时候、任何情况下，都不会首先使用核武器”。“保证不先使用核武器，不对无核武器国家使用核武器”。
1966年10月27日，我国首次进行导弹核武器试验(第4次核试验)，当时《人民日报》报道：“导弹飞行正常，核弹头在预定的距离，精确地命中目标，实现核爆炸。”这是世界上第一次导弹核试验，也是唯一的一次。此次试验之前，周恩来总理打电话给实验场的导弹专家，询问把握性有多大，专家们自信地回答：没有问题。要知道，导弹经过的区域还有无法迁移的人员和群众。
在原子弹研制成功之后，我国又加紧研制氢弹。1966年的两次核试验(第3次和第5次)中已经使用了热核材料。终于在1967年6月17日，我国在西北地区成功地爆炸了我国第一颗氢弹，从而继美苏英之后成为世界上第4个掌握氢弹技术的国家。中国原子弹和氢弹的研制成功使西方人不得不承认，“中国闪电般的进步，是神话般的不可思议”。
氢弹爆炸成功的消息再一次使西方震惊，《星期日泰晤士报》评论道：“中国在通向完全核地位的道路上前进的速度，又一次使西方专家们大为惊诧。中国由原子武器到制造热核武器所用的时间，比任何其他国家都短，现在已追上了法国。”法新社也做出报道和评论，他们写道：“中国人民爆炸热核炸弹已取得的惊人成就再次使全世界专家感到吃惊，惊奇的是中国人取得这个成就的惊人速度。”
核武器的发展
就在哈恩发现核裂变时，德国法西斯政权的排犹政策使大批犹太科学家被迫离开德国。像迈特纳就是这样离开德国的。爱因斯坦的一个学生西拉德也是犹太人，所以也离开了德国。
核反应的军事应用潜力很大，西拉德对此有清醒的认识，而德国法西斯是一群战争贩子，这些研究会加强他们的战争机器。为此，西拉德想了一个主意：能否将这些核研究保密起来。具体的保密手段可以借用专利登记的办法，并把这个专利权交给英国政府，借此来约束德国纳粹的战争手段。但西拉德的努力失败了。
西拉德的担心并不是没有道理的。希特勒取得政权之后，立即开始武装德国，并投入巨资研制威力空前的武器。德国也具有雄厚的研究基础，国家有一大批世界一流的科学家。战争期间，德国的火箭研制取得了极大的发展，并对敌对国家产生了极大的威胁。德国也开始了核武器的研究计划。1939年，德国召开研制铀设备会议，并成立“德国铀协会”和“德国原子俱乐部”，以及受德国研究委员会领导的核研究机构。1940年，德国军方调集着名科学家制定了详细的核研究计划，其中就有海森伯(1901-1976年)。当时人们普遍认为，依德国的工业实力、科技水平、提炼核燃料的能力，造出原子弹只是一个时间问题。
1940年，由于欧洲的战争全面爆发，西拉德说服了流亡到美国的两位匈牙利物理学家威格纳(1902-？)和特勒，他们三人一同找到爱因斯坦，向爱因斯坦说明核裂变的潜在能力，以及它对德国纳粹的重要作用。希望美国抢在德国前面，加紧研制裂变武器，他们说服爱因斯坦同意签署一封信，向美国总统说明核武器的意义，以及德国纳粹掌握它的危险性。这样，罗斯福总统就下令组织一支庞大的研究队伍，开展核武器的研制工作。这就是命名为“曼哈顿工程”的核武器研制计划。
第一座核反应堆
1938年，意大利物理学家费米去瑞典接受诺贝尔物理奖。借此机会，费米来到了美国。在“曼哈顿工程”进行的初期，在美国哥伦比亚大学开始对建造核反应堆进行研究，并由诺贝尔奖获得者康普顿(1892-1962年)主持这项计划，在芝加哥大学进行安装和试验。在讨论设计方案时，费米和西拉德主张把铀块放在用石墨摆成的矩阵中，石墨与铀块交错排列，保证最经济地利用中子。在这种方格栅的矩阵中，中子可以穿过石墨、碰撞铀块。所以用石墨作慢化剂，是因为当时可以很容易地将石墨提炼到很高的纯度，并且其工艺也很成熟。当时还建立了30多座核反应装置，以解决研究中碰到的各种问题。
1942年初又成立了冶金实验室(后来发展成为今天的阿贡实验室)，在这个实验室中，由费米负责实验核物理组，威格纳负责理论组，此外还有化学组。
经过理论与实验的论证，1942年7月，决定建立第一座核反应堆。到10月正式开始建造，因为这时已经得到几吨高纯度的金属铀。
这座反应堆建在芝加哥大学运动场看台底下的一个网球室内。网球室长16米，宽9米。反应堆的结构非常简单，共有30层石墨，石墨层之间铺放铀燃料。反应堆的底部呈正方形，顶部呈圆形。为了反应堆的安全，在反应堆的周围套上了一个充满空气的胶皮大口袋。如果中子太多，可将口袋抽成真空，进而让中子泄漏出去，使核反应缓和下来。实际上，这个口袋从未使用过。
除了大口袋，为了安全起见，还设计了3组安全系统。一组是自动控制棒，在电动机带动下，控制棒可上可下；一组是一根手动控制棒，用手抽出或插入控制棒，以控制反应的速度；一组是用绳子拴住的紧急安全棒，当链式反应过于激烈时，就砍断绳子，控制棒落入反应堆中大量吸收中子，以迅速中止核反应。此外还有一组人员，手拎一桶镉盐溶液，镉盐也可以大量吸收中子，以迅速中止核反应。
1942年12月2日，8∶30，科学家们各就各位。
9∶45，试验开始，计数器“嗒嗒”作响，并且逐渐增加。说明核反应开始。
10∶37，费米命令抽出部分控制棒，并不断使抽出的控制棒部分增加。这时的“嗒嗒”声更紧，但并无规则。
11∶25，反应堆虽未到自持链式反应的程度，费米认为已达到关键的时刻，并将控制棒部分回落入反应堆中。
11∶35，控制棒再度抽出，核反应再度剧烈起来。这时反应突然中止了，原因是安全标准定得太高了，使反应堆工作自动中止。
午饭之后，14∶30，实验再度开始。实验井然有序，费米用计算尺计算反应堆中中子增长的速度。最后，反应堆反应加快，以至于计数器的“嗒嗒”声响连成一片，听上去成了“嗡嗡”声。这时，费米合上计算尺，向大家坦然地讲道：“反应堆已经达到自持链式裂变反应”！记录纸上指示的曲线也表明了这一点。
15∶52，费米命令放下安全棒，初步的实验完成了，并达到了预想的目的。实验还表明，对反应过程控制自如。
实验成功了。科学家们的内心充满了喜悦的心情，在人类第一次点燃的核反应堆旁静静地守候了28分钟。这时，威格纳拿出一瓶基安提酒，大家分享了庆功酒之后，在瓶子的商标上签字留念。接着，康普顿挂长途电话向哈佛大学校长、国防研究委员会主席科南特报告实验情况。他用暗语说道：“意大利领航员已经登上新大陆。”科南特问道：“土人对他态度如何？”康普顿答道：“十分友好。”
也许是偶然的巧合，1492年，意大利航海家哥伦布登上了一片未知的新大陆，而今(1942年)，另一位“航海家”又登上了一片更加广阔的未知的“新大陆”。
附带说一句，费米主持建造的反应堆是用石墨块逐层堆积起来的，因此将它称之为“堆”，英语是“pole”。后来，随着核科学技术的不断发展，堆的类型不断增加和不断改进，已失去了原来“堆”的面貌和形象，因此，国外已改用“反应器”，即“reactor”。为免去歧义，我们现在仍然沿用旧称。
钚的发现
作为原子弹的装料，钚-239具有同铀-235一样的作用。作为反应堆的燃料，钚-239的裂变性能比铀-235还要好。在快中子反应堆中，一个钚-239原子可相当于1.4个铀-235原子放出的能量。
从元素周期表上可以知道，钚是第94号元素。这是一种“天然”元素，并存在于铀矿中。当铀-235自发裂变时，产生的中子一旦被铀-238俘获就变成了钚-239。但这种机会极小，因此，铀中存在的钚含量只有一千亿分之一。所以，取得钚只能依靠人工的办法。
钚共有15种同位素，即钚-232、钚-234．、钚-235、……(连续地一直到)钚-246。世界上首次获得人工制取的钚是钚-238。
钚的生产是在核反应堆中进行的。最早进行这方面研究的是美国。1942年，美国成立冶金实验室时集中了2000多人从事钚生产的研究，并拨款3.5亿美元，以支持其研究。
生产钚的反应堆是以天然金属铀做燃料的。一般来说，烧掉7个铀-235原子可以得到5个钚-239原子。由于生产钚时会产生大量热量，如果这些热量白白跑掉是很可惜的。所以，科学家就将发电和生产钚结合起来。像我国的秦山核电站(装机容量300兆千瓦)，每年发电20亿千瓦时，同时可生产和积累新的核燃料钚80千克。
核武器种种
原子弹在西拉德和爱因斯坦等人的建议下，美国的“曼哈顿工程”终于启动了。这是一个以军事应用为目的的大规模的研究计划，为此，美国政府动员了数十万人，投资达20亿美元。
原子弹的核装料主要是铀-235和钚-239。铀-235的生产技术是非常复杂的。最困难的是将铀-235与铀-238分离开，而且耗电量极大。据说，美国橡树岭的工厂分离铀-235和铀-238的设施一工作，由于耗电量相当于纽约市的耗电总量，当地的电灯发光就不稳定，忽暗忽亮的。这些设备的投资也达几亿美元。尽管如此，全厂连轴转地生产，每天只能分离出几十克铀-235。可见代价之昂贵了。所以。在最初建造的3颗原子弹中有2颗是采用钚-239装料的，铀弹只有一颗。
