快中子增殖反应堆，简称快堆，是一种正在开发的第二代新型先进反应堆，与普通反应堆相比，其先进性主要体现在“快”和“增殖”上。我们知道，铀-235一次裂变时可以产生两三个中子，而维持链式反应只要1个快中子就够了，其余的一两个快中子可以让铀-238吸收，使大部分铀-238变成钚-239，结果每发生1个铀-235的裂变就可以产生一个以上的钚-239(也是一种核燃料)，所以使核燃料得到了增殖，增殖比一般在1.1～1.4之间。一座快堆核电站在5～15年的时间里，所增殖的核燃料就可和起初投入的燃料一样多，使燃料的数量翻了一番。
另外，快堆中不用慢化剂，引起铀-235(或钚-239)裂变的主要是能量为几十万电子伏特的快中子。此外，快堆可使锕系元素(核裂变中产生的一种长寿命放射性废料)作为燃料在堆中烧掉，变成一般的裂变产物，解决了裂变核能的后顾之忧。快堆还具有自稳性能，即在失流、失热阱或功率瞬变的情况下，反应堆可以靠自身的负反应性温度系数停堆，安全性进一步提高。
热堆是以铀-235作为裂变燃料的，而在天然铀中，铀-235还占不到1％，现已探明的有开采价值的天然铀约400万吨。若以热中子堆发电，每生产10亿度电，要消耗天然铀约20t，按目前的消耗水平，可开采的铀只够用几十年至一百年，因而热堆的发展最终还要受核燃料来源的制约。
若用快中子增殖反应堆发电，则可利用铀-238、贫铀及钍-232作能源，它们的储量非常多，可供人类使用成千E万年，展示了裂变核能发展的灿烂前景。
原子弹
原子弹是利用裂变材料铀-235或钚-239的链式裂变反应原理制成的核武器。
它的基本原理是利用化学炸药使处于次临界状态的裂变物质突然达到超临界状态，致使链式反应迅速扩大而产生核爆炸。
原子弹中裂变材料由次临界状态到超临界状态的转变可以通过“枪法”和“内爆法”两种方法获得。“枪法”是把两块或多块裂变物质靠炸药压拢在一起而达到超临界的方法；“内爆法”是利用炸药产生的内聚冲击波去压缩处于次临界状态的裂变材料，使其密度急剧增高，达到超临界状态。由于内爆法可少用裂变材料，因而被普遍采用。
高级炸药内爆驱动、以核装料进行压缩，是原子弹物理设计的最关键部分，历时约几十微秒；从中子点火到链式反应熄灭是其“释能过程”，历时约微秒量级。
美国在1945年8月投到日本长崎的原子弹就是一颗内爆法的钚弹。我国在1964年10月成功试爆的第一颗原子弹采用的也是内爆法，它表明我国在当时已建立了完整的核工业体系，从铀矿的开采、冶炼到铀同位素的分离都能独立自主地进行。
贫铀与贫铀弹
第二次世界大战后期，美国在日本的广岛和长崎投下两颗原子弹，造成20多万人伤亡。从那以后，人们谈核色变，在全世界掀起了反对核战争的浪潮。但是，在海湾战争中多国部队向伊拉克发射了数万颗放射性贫铀弹，造成严重的危害。最近，贫铀弹又扔向了巴尔于的科索沃及阿富汗，再一次引起了世人的关注。
贫铀是铀浓缩过程中作为尾料产生的副产品。每产生1t反应堆级的浓缩铀就会产生4.5t贫铀；每产生1t核武器级的浓缩铀则会产生更多的贫铀，贫铀的化学性质十分活泼；密度与金、钨差不多，比铅大65％；熔点是1132℃；抗张度可与大部分钢和某些高强度钢相当。由这种高密度、高强度贫铀合金制成的高速运动物体在与其他物体发生碰撞时具有极强的穿透力，从而被美国用于制造弹壳。另外，铀是一种放射性的剧毒物质，一旦进入人体内，对人体各器官、特别对肾造成损害，最终导致各种恶性肿瘤、儿童先天性残疾等发病率激增，留下巨大的战争后遗症。由此可见，战争中使用放射性贫铀弹，不但危害军人，也使到过战场的平民百姓生活受到威胁，从这一点来说，战争没有胜利者，只有受害者。正如一位著名学者所说：“核技术用于和平事业，将造福于人类；核技术用于战争，将毁灭世界。”
（四）热核聚变与氢弹
太阳里的热核反应和太阳寿命
热核反应在宇宙中是普遍的现象，在太阳和许多恒星内部，温度都高达2000万度以上，在那里热核反应剧烈地进行着。太阳内部，氢是最丰富的元素。
太阳的热核反应是氢核聚变为氦核的过程，在产生能量的机制中，主要是质子-质子循环，其反应式如下。
11H+11H→21H+01e，
11H+21H→32He，
32He+32He→42He+211H
结果是4个质子聚合成一个氦核，释放出两个正电子。正电子跟电子相遇，发生湮灭，转变为γ光子。整个反应所放出的能量为26.7MeV。太阳的光热主要来自它内部的核聚变反应。
在高温、高压下，在太阳内部的热核反应中，每秒钟可将约6亿吨的氢核聚变为氦核，释放的能量达3.8×1026J，太阳发光、发热的就是这种能量。
太阳已燃烧了近50亿年，太阳每秒钟损耗的质量约四百万吨，据此速度，太阳在过去50亿年的时间中只消耗了0．03％的质量。据天文学家测算，太阳的寿命(即稳定时期)可达100多亿年，目前它正处于稳定而旺盛的中年时期。
太阳上1g氢转变成氦时，放出的能量相当于燃烧15t汽油，而太阳每秒钟则有5亿吨的氢转变成氦。太阳上的氢占总质量的42％，太阳上现在还有多少氢呢？还有1×1027t，它还可以“燃烧”100多亿年。那么，太阳里的氢全部“烧完”之后，太阳是否就“熄灭”了呢？不是的。
科学家认为，当太阳里的氢“烧完”以后，太阳就开始收缩，温度又重新升高到约一亿度，这时便由3个氦原子转化成1个碳原子的热核反应，向宇宙空间散发大量的热，这个过程估计也有几十亿年。接着便是氧开始核反应，最后是内部物质转化为铁，这时便进入老年期的白矮星阶段。最后才进到“死到临头”的临终期，以至走向消亡。
太阳熄灭后，人类是否将毁灭？人类的文明史，仅仅几千年。今后的发展速度将快得使现代人难以置信。展望五十亿年后，难道就不能移居于理想的外星球么！又何愁不能自制一个符合人们生活需要的人造太阳呢？人类将不仅是地球的主人而且必将是宇宙的主人。
受控热核聚变
除核裂变外，核能释放的另外一种形式是核聚变，它是由两个轻的原子核结合成一个较重的原子核的核反应过程。在实验室里可实现的聚变反应主要有以下几种。
21H+21H→31H+p+4.04MeV
21H+21H→32He+n+3.27MeV
21H+32He→42He+p+18.34MeV
从上式可知：将这四个反应联合起来就只需要氘(2H)作原料就可以了。
三个氘核可以产生一个α粒子(4He)、一个质子和一个中子，并能放出约22MeV能量。平均每个氘核放出7.2MeV能量，每个核子贡献的能量约3.5MeV能量，而在铀-235裂变反应中，每个核子贡献的能量是0．85MeV能量，所以在核聚变过程中会放出比裂变反应至少增大三四倍的能量。
另外，聚变反应的核燃料氘和氚在地球上和浩瀚的大海中非常丰富，而且它只产生少量的放射性物质，放射性时间短，放射性污染比核裂变轻得多，故而核聚变能被认为是取之不尽，用之不竭的更干净的能源。但是实现人工核聚变可不简单。
核裂变反应中铀-235可以由室温下的热中子引起裂变，并且可以实现自持链式反应。而在聚变反应中，参加反应的轻核带电，存在库仑排斥力，在室温下轻核不可能聚在一起，迄今为止惟一可行的途径是采用加温方法，使它们的热运动能量大到可以克服库仑斥力时，就能发生聚变反应。
计算表明，使氘的气体产生足够能量的聚变反应必须使其达到几亿摄氏度的高温，而对于氘和氚混合气体来说，实现聚变反应的温度也必须高到1亿摄氏度左右。这么高温度下的聚变反应亦称热核反应。另外，引发和控制核聚变也比核裂变困难得多。所以比重核裂变发现得早的轻核聚变的应用，发展得却很缓慢。
要和平利用聚变能，就要实现受控核聚变。这起码需要解决两个问题：一是要获得温度达1亿摄氏度的高温等离子体，即达到热核反应温度；二是要在足够长的时间内把高温等离子体约束在一起。只有这样，才能达到“点火”的目的，使热核反应持续不断地进行下去。
加热聚变物质的方法有许多，可以用输入大功率的电磁波、注入高能量的中性粒子或带电粒子束、绝热压缩、激光束、高能粒子柬等方法来解决。怎样来约束等离子体呢？用普通的容器是不行的，因为没有任何一种容器能承受几千万度的高温。目前采取的办法有两种：磁场约束和惯性约束。
1．磁场约束
我们知道，带电粒子在磁场中或者是沿磁力线运动，或者是绕磁力线旋转，磁场越强，带电粒子旋转的半径越小。所以强磁场能起约束等离子体的作用。
目前，很有前途的一种磁约束装置——托卡马克装置，就是利用环向磁场把聚变物质约束在环形室内。但是，由于高温等离子体很不稳定，而且能够强烈地向外辐射能量，所以要把它们约束较长的时间又能保持高温，还有一定的困难。
美国普林斯顿大学等离子体物理实验室于1982年12月建成的大型托卡马克聚变试验装置(简称TFTR)是目前世界上最先进的试验装置之一。
2．惯性约束
惯性约束概念是基于如下的考虑提出的：在极短的时间内，如果将大量的能量注入到一定量的聚变燃料中，使聚变燃料的密度和温度提高，就完成了核聚变反应。这种依靠等离子体自身的惯性来实现的约束，就叫做惯性约束。
要想实现受控的惯性约束聚变，就要寻找一种小型的点火器，它应该在极短的时间内将少量的聚变燃料加热到可以实现聚变反应的温度。
