隨著全世界對于能源的需求量迅速增加，人們正大量地消耗掉各種燃燒資源，包括煤、石油、天然氣和木材。于是，科學(xué)家們開始尋找新的能源，而他們發(fā)現(xiàn)，最令人吃驚且最強(qiáng)有力的能源竟是蘊(yùn)藏在那些極小的粒子──原子之中。而獲得這種能量的方法有兩種：核裂變和核聚變。
1905年，愛因斯坦就預(yù)言少量的物質(zhì)可以產(chǎn)生巨大的能量，但在當(dāng)時，科學(xué)家們可說根本不知道用什么方法能將物質(zhì)轉(zhuǎn)換為能量，達(dá)到實用的目的。然而，越來越多的證據(jù)表明，在恒星（包括太陽在內(nèi)）上有大量的能源，它們肯定來自某些種類的核轉(zhuǎn)換。
在20世紀(jì)初期，科學(xué)家們已經(jīng)了解，每個原子核中都包含了緊密結(jié)合在一起的粒子，稱力質(zhì)子和中子，這些粒子被極其巨大的力量所束縛。漸漸地，物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種力量能夠被克服，也就是說，可以用某種方法使原子分裂或聚合，并釋放出大量的能。1938年，康乃爾大學(xué)物理學(xué)家貝蒂，首先提出了核聚變的理論。根據(jù)他的理論，在太陽上，極高的溫度，連同因巨大的體積而產(chǎn)生的高壓促使質(zhì)子聚合起來，產(chǎn)生聚變。在聚變反應(yīng)中，4個質(zhì)子聚變成一個氦核，聚變后的質(zhì)量略小于4個質(zhì)子的質(zhì)量和，減少的質(zhì)量被轉(zhuǎn)化為太陽的能。第二年，德國化學(xué)家哈恩和他的同事史特拉斯曼意外地發(fā)現(xiàn)了通過核裂變釋放原子能的方法。那時，研究原子的人熱衷于創(chuàng)造更重些的新元素，出于此目的，兩位科學(xué)家用中子去轟擊鈾的樣品，于是奇跡誕生了。鈾核經(jīng)中子轟擊發(fā)生分裂，產(chǎn)生較輕的元素鋇，轟擊后混合物的總重量小于分裂前鈾的重量，減少的質(zhì)量呢？變成了能量！
哈恩和史特拉斯曼的理論表明，如果以中子撞擊鈾原子，那么有些中子就會撞擊到鈾原子核，使它分裂為二，這就是核分裂，這些分裂的原子核會放出中子和其他粒子，倘若其中有一個中子再撞到另一個原子，又會使這個原于分裂，并放出更多的中子。如果上述方法能夠使足量的中子釋放出來，則它們便會產(chǎn)生一個連鎖反應(yīng)而釋放大量能量。公元1942年，意大利物理學(xué)家費(fèi)米，在美國完成了全世界第一個在控制條件下產(chǎn)生的原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，費(fèi)米的同事用九個英文單詞打了一個密碼電話，意思是說：“這位意大利人航海家已經(jīng)登上了新世界。”這里所謂的新世界不是別的，就是原子時代。
原子能的價值首先體現(xiàn)在軍事領(lǐng)域。1945年人類歷史上第一個具有空前爆炸力的原子裝置在美國新墨西哥州的沙漠上空爆炸了。同年，美國先后在日本上空投下兩顆原子彈，每顆各摧毀了一個城市。原子彈爆炸是原子核裂變反應(yīng)的結(jié)果。在原子彈中，裂變元素（例如钚）的原子核被中子轟擊后，分裂成兩個較小的核，同時放出能量并產(chǎn)生兩到三個新中子。如果钚足夠多，達(dá)到物理學(xué)家所稱的“臨界質(zhì)量”時，這些新中子就能轟裂足夠多的其他钚核，引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)──裂變爆炸。原子裂變時會放出巨大能量，幾磅鈾235釋放的能量等于成千上萬噸TNT炸藥爆炸。原子爆炸時產(chǎn)生的超高溫，使得更加可怕的氫彈聚變反應(yīng)成為可能。
在氫彈中兩個核聚合在一起產(chǎn)生熱核反應(yīng)，剛好與裂變相反。氘和氚是兩種不同的氫，這兩種原子核聚變后，變成一個氦核，放出一個中子，并釋放巨大能量。在質(zhì)量相等時，核聚變反應(yīng)放出的能量超過宇宙中任何一種反應(yīng)形式放出的能量。但是這種聚變反應(yīng)發(fā)生的條件是溫度必須超過82，000，000℃。
自二戰(zhàn)之后，科學(xué)家們已經(jīng)將核能運(yùn)用在和平的用途上。1954年蘇聯(lián)建成了世界上第1座小型原子能發(fā)電站，1956年和1957年，英國和美國也相繼建成了核電站。原子能發(fā)電的原理是在原子核反應(yīng)堆中控制核子連鎖反應(yīng)，使它釋放出熱能，這些熱能將水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝�，而蒸汽又帶動渦輪機(jī)的葉片，使它旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電流。
核電站成本比火電低，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，環(huán)境污染也比火電小得多，對環(huán)境的放射性污染微乎其微。一座核電反應(yīng)堆所產(chǎn)生的電力，足夠供應(yīng)一個城市的需求。目前，世界各地已建立起了4OO多座核電站。在20OO年，核電站的發(fā)電量已占全世界發(fā)電總量的1／6。
原子能的用途還涉及海洋和空間。航海用的核反應(yīng)堆雖比核發(fā)電站中的反應(yīng)堆小1OO倍，但實際上它已使船只不必添加燃料，而且反應(yīng)堆也十分安全可靠。在美國第一艘核潛艙“肛魚號”服務(wù)的25年當(dāng)中，美國核動力艦艇中所有的反應(yīng)堆累計的使用時間已有1，70O多年，航程達(dá)6，400萬千米，沒有發(fā)生任何事故。
現(xiàn)已證明，比用在潛艇上的反應(yīng)堆還小的核發(fā)電裝置在地球的遙遠(yuǎn)地區(qū)和太空中具有重大的價值。放射性同位素衰變放出的熱量，可以供火星和月球上測量氣象和導(dǎo)航的儀器以及科學(xué)站作動力。在陽光難以到達(dá)的地方，三臺各重38千克的核發(fā)電機(jī)可供“探險者”飛船在外行星的旅程中使用1O年。
現(xiàn)階段對原子能的利用主要是通過核分裂實現(xiàn)的，如原子彈和核反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)都是利用核分裂的原理制成的。但是，使大體積的鈾原子核分裂并不是從原子獲得巨大能量的唯一方法，因為使小體積的原子核聚合在一起──核聚變，甚至可釋放出更大的能量。1948年，美國的科學(xué)家們正是利用核聚變的原理制造出了氫彈。而氫彈的摧毀力是第一顆原子彈的數(shù)百倍。
一直以來，各國科學(xué)家們都在進(jìn)行探索，希望把核聚變產(chǎn)生的原子能運(yùn)用到和平用途上。核聚變反應(yīng)不僅能釋放出超強(qiáng)的能量，而且反應(yīng)的生成物是穩(wěn)定的元素，沒有放射性污染，可以徹底解決核廢料和核泄漏的問題。雖然，目前對核聚變能的實際和平利用還面臨許多問題，但相信隨著科技的高速發(fā)展，第一座核聚變反應(yīng)堆的完成指日可待。一旦核聚變能被利用起來，我們可以肯定地說，人類將完全擺脫能源危機(jī)。
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