核能有哪些民间应用？

题主所问的核能其实就是原子能，一般可以通过核聚变、核裂变、核衰变释放。而这个“民间”似乎不太好定义，如果和“军事”区分开，原子能的和平利用，主要就是在民间的利用了。从上世纪发展到至今，原子能早已“飞入寻常百户家”了，你在日常生活中都能找到它的痕迹！

这里前排给大家预警一下，凡是号称能有放射性的治疗产品（非正规医疗单位），通通都是智商税。不要购买、不要购买、不要购买！

比如常见的号称能包治百病、改善风水的“能量石”[1]、“负离子粉”[2]里面大部分是放射性物质，你身边的人就有可能被收割智商税，购买了不但破了财，还消不了灾，被高剂量的辐射，甚至还可能对你造成不可逆的伤害。

其实早在上个世纪初，人类就对放射性产品开始盲目崇拜，主要就是镭产品，镭在1898年由居里夫人及其丈夫发现。他们发现铀在衰变后，衰变物仍带放射性。镭的英语名称Radium即是放射性的意思。

人们相信镭那神秘的力量可以让人体更有活力，使用这个能让人像散发绿光的镭一样，拥有“镭力”，能“延年益寿”。这种商机很快被商家发掘，一时间市面上多了很多核能产品，比如含镭的香烟、“镭化水”、镭可可粉、镭冰淇淋，镭护肤霜，还有人做出了含镭的辐射内裤，据说可以治疗不孕不育，更离奇的是，镭的化合物被添加到避孕套之中，号称能有保健作用。

遗憾的是，直到21世纪的今天，有人还被这些“新一代的镭人”产品所蒙骗，这还需要我们一代又一代的科普人努力。

回到话题上，核能从“非民间”（军事）应用到"民间"应用，发展比较曲折。核能在民间的应用主要是利用了核能的核衰变以及产生的核辐射，除了不正当的“镭人”产品外，还有很多有价值的应用，比如医学上的“γ手术刀”放射治疗、消毒；在农业上可以辐射育种；在工业上可以金属探伤、综合找矿、示踪元素、料位计；在科研上可以制造92号以后的元素（超铀元素）；在地址考古上还可以用于判断岩石的年代以及文物的时间。

一、核能“非民间”应用：核武器

核能早期的利用就是在“非民间”的利用，我们熟知的原子弹就是核武器[3]的一种。原子弹诞生于曼哈顿计划（1942~1946），为了先于纳粹德国制造出原子弹，当时西方国家（除纳粹德国外）号召最优秀的核科学家，动员了10万多人参加这一工程，历时3年，耗资20亿美元，美国于1945年7月16日在新墨西哥成功地进行了世界上第一次核爆炸，并按计划制造出两颗实用的原子弹。

1945年8月6日，美国向日本广岛投放了一颗名为“小男孩”的原子弹，“小男孩”是枪式原子弹，从未经过实际实验就直接投入使用。到1950年止，由于癌症和其他的长期并发症，共有20万人死亡于此次核爆事件。广岛的“小男孩”原子弹爆炸三天后，美军随即向日本长崎投放了一颗名为“胖子”的原子弹。与“小男孩”不同，“胖子”采用的是另一种构型——内爆式。“胖子”采用的裂变材料是比铀-235更容易裂变的钚-239，“胖子”采用了层层包裹的结构，从外往里炸，利用率提升到了17%。

苏联得知美国成功研制原子弹后，根据谍报立即展开制造原子弹的紧急计划，并于1949年试爆第一枚原子弹。英国在参考曼哈顿计划的情况下，于1952年试爆了自己的原子弹。1960年，法国试爆原子弹成功[4]。

然而原子弹却不是左右大国格局的真正力量，因为有比原子弹更能毁天灭地的东西，在氢弹的面前，原子弹只不过是点燃它的一个小小的“打火机”罢了。当有一天，人类激怒了这头恶兽时，它会召唤来自地狱的火焰，无情地吞噬掉人类的所有！

1961年8月13日是一个不吉利的日子，一枚重26吨、TNT当量5800万吨（原计划一亿吨）的“大伊万”氢弹在北冰洋附近的新地岛爆炸，全球为之震动，距爆炸点4000公里远处，竟然也测得当地发生了5级地震，地震波绕了地球三圈仍未消除，甚至有人测出亚欧大陆整体向南推移了9毫米！

氢弹，又称热核武器，属于核武器的一种。主要利用氢的同位素（氘、氚）的核聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏，1954年3月1日，美国的第一颗实用型氢弹在比基尼岛试验成功，其TNT当量高达1500万吨!

要让氘和氚融合，必须要其非常接近，达到强相互作用力的范围，然而质子带正电，要克服电磁相互作用的排斥，必须要达到极其高的温度和压强！太阳核聚变条件是1500万摄氏度，2000亿个大气压，地球上无法发到如此高的压力，只能创造上亿度的高温，来满足条件。而能达到上亿摄氏度高温的武器，只有原子弹。可见强大的原子弹在氢弹面前也不过是点烟的小弟了。

目前氢弹有泰勒-乌拉母和于敏两种构型，其内部结构都是绝密！据猜测前者是把裂变与聚变材料分为两个腔体存放。裂变发生以后，最先释放出来的是X射线。我们不是指望裂变产生的高温本身导致聚变，而是指望把X射线的能量回收转化成热能，在聚变材料内部产生高温。这样就有可能在聚变材料被炸散之前，让它们达到足够的温度，使大部分聚变材料都发生聚变。

世界上拥有氢弹的只有五个国家：美国、法国、英国、俄罗斯和中国，正好这五个国家也是联合国五个常任理事国，能左右整个国际格局。1954年，禁止核扩散建议被提出并在1996年正式执行《全面禁止核试验条约》[5]，而中国在1964年成功测爆第一颗原子弹，3年后第一颗氢弹也成功爆炸，成功赶在该条约之前，为我国奠定了强大的军事实力。“掌握力量者，掌握天下”，热核武器这颗科技树被点亮后，中国才正真地在世界舞台上崭露头角。

1945年，美国投下的两个原子弹造成了60万平民日本死亡，也结束了让9000万人死亡的第二次世界大战[6]，让人类见识到了核武器的可怕之处。二战后，美苏两大全球性势力陷入冷战之中，开始了旷日持久的军备竞赛[7]，两国都存储的核弹头都高达一万多枚，差点就在古巴差枪走火。

进入21世纪后，美俄两国的核武器总量远低于冷战时期，但其核武数量还是高于其他拥核国。爱因斯坦曾经说过：

“我不知道第三次世界大战会发生什么，但我知道第四次世界大战将是手棒和石块殴打。”

也正是由于核武器的强大威力，这种能毁灭人类的武器，也让核大国在处理国际纠纷时，更为克制，避免往战争形态发展，维持巧妙的核平衡。

二、核能的“民间”应用：从核裂变反应堆到可控核聚变

早在1957年，人类就开始对原子能进行“驯服”，让这头怪兽“乖乖”地释放它的能量。美国第一代核裂变反应堆Shippingport原子能发电站投入运营，是人类和平利用原子能的划时代象征。该反应堆满运营满功率为60兆瓦，可为舰船提供动力和用于商业发电。

核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽，蒸气推动涡轮机产生电能。核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核的系统和设备，又称为核岛；常规的系统和设备，又称为常规岛。

要让核裂变“平和”地进行，就必须让“活泼顽皮”的中子慢下来，才不至于让能量在瞬间释放，让核反应“可控”并且“持续”地进行，是驯服核反应的关键。传统核反应堆用石墨或者水做慢化剂，附以冷却系统，可保证核反应稳定持续地对外输出热能。

然而，在驯服怪兽的同时，不可避免会带来各种伤害和牺牲。1986年，号称是最安全，最可靠的切尔诺贝利核电站爆炸，8吨多的强辐射物质泄漏，其辐射量相当于400颗美国投在日本的原子弹。辐射尘埃随风飘散，核辐射导致27万人患癌，因此而死亡的人数达9.3万。

这句话也许能概括出切尔诺贝利核事故究竟给人类带来了什么。

在对裂变能的驯服中，中国可谓是争走在世界先列的，2016年，经过5年攻关，中国原子能科院，将核反应堆铀浓度90%降低到12.5%，让核裂变这头怪兽更加乖巧，实现微型中子源满功率运行，是世界上第一个掌握微堆低浓化改造技术的国家。然而核裂变的辐射却无法解决，这真的是制约裂变能最大的瓶颈。

要对原子进行更好的压榨，必须使用聚变能，这也是人类的终极能源！

氘和氚核聚变会形成一个氦和一个中子和17.6兆电子伏的能量。如果我们把海水中的氘全部提炼出来，一公升海水里面会有约33克的氘，它发生聚变的产生的能量差不多相当于300公斤汽油产生的能量。算上全部的海水，这个量来算的话人类可以使用这个能源百亿年呢，真的是用之不竭。

从聚变反应中，我们可以得到“无限”的能源，更可喜的是其产物无辐射、无污染，可控核聚变，顾名思义就是将聚变能“可控化”，使聚变反应平稳、安全、持续的进行下去。然而，我们从氢弹那里知道，要发生可控核聚变，必须要满足相当高的温度！同时你可不能让她像氢弹哪般炸咯，要用特殊的装备保证核聚变能够稳定地释放，这样我们才能更好地利用这“取之不尽用之不竭”的能源。那么我们该怎样“盘”她呢？

要实现可控核聚变，温度必须达到上亿度，然而人类历史中还没有能够承受过万摄氏度的材料！那该用什么玩意来装这“烫手的山芋”呢？科学家用设计了一种装置，能产生一种“磁场笼子”，将极极极其高温的聚变材料关在这个笼子里面。这就是大名鼎鼎的托卡马克装置！

托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器 。 黄铜色的线圈产生的磁场和其他磁场共同作用，产生黄颜色线磁场，运动的等离子在磁场中受到洛伦兹力的作用，同时等离子体自身也会产生强大电流形成磁场，这几种磁场就如同一个拧了麻花的头尾相接的面包圈，能够把聚变材料（紫色部分）牢牢“困”在里面。当温度和密度达到核聚变的条件时，就可以不用外界提供热源，靠产生的核聚变能维持温度就可以让聚变反应一直发生。然后就可以通过其他装置把大部分的核聚变能引出来去发电等。

要想打好可控核聚变这张牌。温度、密度、约束时间这三兄弟缺一不可，经过计算，要满足核聚变稳定的发生，这三个条件的的乘积要达到10的22次方，这三个条件的乘积被称为“聚变三重积”。如果低于这个数值，那么就将会入不敷出，产生的能量都不能弥补给聚变材料加热的能量。

由于聚变三重积的苛刻要求，可控核聚变的实现极其艰难，从二战之后，人类就一直在这个领域付出了太大的精力和代价。这个领域在国际上合作最广泛，成果最透明，研究的成果也大多公开，不会保密，因为告诉你也不会做得更好。尽管实现可控核聚变仍然漫长艰难，真正实现商用还要几十年的时间，但其美好前景，正吸引各国科学家孜孜不倦地进行研究。如果能够成功，也是人类迄今为止工程领域的最大成就，在当前对人类的发展意义最为重大。

目前最名的核聚变堆是国际热核聚变实验堆（ITER），ITER的聚变材料温度1-2亿摄氏度，密度是大气的百万分之一，能量约束时间约3.7秒。聚变的功率设计在50-70万千瓦Q(装置效率)大于10（Q大于30才有比较大的商业价值），连续聚变的时间有希望超过400秒。

中国在可控核聚变研究方面更是雄心壮志！比如HL-2改进工程，神光计划，EAST和中国聚变工程实验堆（CFETR）等等。 2017年7月3日，我国的全超导托卡马克（EAST）东方超环实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，创造了世界纪录，中国人离人造太阳又进了一步！

电影《流浪地球》中的流浪地球计划，设想了一种“重性核聚变”技术，俗称烧石头，利用“火石”带动行星发动机，带着地球去流浪。一旦可控核聚变实现，我们实现了能源革命，那可不是月新日异的变化，那简直是翻天覆地！

三、核能的“民间”应用：医食住行

类似煤炭和石油，均是作为能源物质来提供能量，而同时煤炭和石油都可以作为生产化学品的基本原料，来服务我们的“衣食住行”。前面主要是从能源物质的角度来探讨核能的应用，从核材料本身的角度来看，由于其独特的放射性，也可以在人类的生活中大放异彩。

1、核能的医疗用途

医用行业使用反射性核材料主要应用在临床诊断和治疗中，当然放射性和物质的使用需要反应堆、加速器、裂变产物中所提取，利用核反应堆中所含有的强大种子六轰击各种靶核，并将所产生的碘、碳、钵、锶、氟等元素物质应用到核素诊断以及体外示踪技术，在很大程度上可以提升医学临床诊断和治疗效果。通过加速粒子、氟核、质子等引起不同的核反应，并在此过程中将所生成的核素应用到临床诊断和治疗上，将核能的作用充分发挥出来[8]。

在医疗中常见的有γ射线和X射线。

伽玛射线[9]（或γ射线）是原子衰变裂解时放出的射线之一。此种电磁波波长在0.01纳米以下，穿透力很强，又携带高能量，容易造成生物体细胞内的脱氧核糖核酸（DNA）断裂进而引起细胞突变，因此也可以作医疗之用。可以用来灭菌和放射治疗。

伽马射线具有穿透性和对生物细胞的破坏作用，因此被用于对医疗用品、化妆品、香料进行灭菌。通常使用钴-60作为辐射源头，具有灭菌速度快、灭菌彻底，无化学残留无环境污染等优点，伽马射线立体定向放射治疗，又称为伽马刀，可用于对特定肿瘤患者的治疗。

我们在医院里面拍片子、胸透主要利用的就是X射线[10]，伦琴研究这一射线并获得了1901年的诺贝尔物理学奖，它从诞生开始就被用于医学成像诊断。可以利用加速后的电子撞击金属靶来制造X射线，撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X射线光谱的连续部分。

X射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺气肿。

此外，在一些药物中，还可以看到核能的影子，比如一种药物：云克，这里面含有微量的人造元素：锝-99。我收集了一盒[11]，云克是锝[99Tc]与亚甲基二膦酸（MDP）的螫合物商品名，这是上个世纪六十年代的国产核素药物，被应用于类风湿性关节炎等各类疾病。

2、核能的农业用途

核能在植物育种和遗传中也得到广泛的应用，比如将辐射诱变与育种技术有效结合，可以有效提升在农产业的产量。当前辐照育种主要包括内照射、外照射两种，通过核能以及来自外部的X射线源、γ射线源、中子源等进行辐射，后续发展到航天育种，将植物种子带到太空辐射带进行诱变，通过大量的实践研究，这种农业育种具有可信性、安全性，更能够改善育种的效果[8]。

空间诱变育种技术，利用返回式空间飞行器将农作物、微生物、植物种子等生物样本送入太空，利用太空微重力、强辐射、高真空、高洁净等特殊环境作为诱变因子，使生物产生遗传性变异，返回后再利用现代生物技术进行培育，筛选出性状优良的菌株或种子，形成规模化生产[12]。

辐射诱变育种技术对农业生产的发展和农业现代化的建设起到了显著的推动作用。并且它还系统地积累了丰富的基础理论和方法学研究成果，使在“核农学”这门新兴学科中又逐步地形成一门分支学科——辐射诱变遗传学[13]。

3、核能的居住用途

看看你办公室里面的烟雾报警器，里面可能就用了放射性物质——镅-241，烟雾报警器里面用它作为α射线源，其产生的辐射通过电离室，当烟雾进入时，烟雾会吸收辐射出来的α粒子，改变流通的电流，触发警报。我收藏了一块这种电离式烟雾报警器[14]，一个里面的活度不到0.8μCi，29.6kBq，如果按照1g镅的活度为3Ci粗略算一下，这个电离式烟雾报警器所含的镅不到0.27μg。

在上个世纪，含镭的化合物还被作为夜光材料使用。你可能在旧货市场上购买到这些产品，比如夜光手表，手表指针上的夜光材料可能就是含有镭。含镭夜光材料辐射性很强，对人体有很大的伤害，在“镭姑娘”[15]事件后，这种含镭的夜光材料才被禁止使用。

这种用镭装饰的夜光仪表盘一直到上世纪60年代还在生产，最终被换成了较安全的钷或氚。

4、核能的交通用途

最直接的其实就是利用X射线的安检仪，还有一种安检仪是毫米波扫描仪，这种是没有X射线的，关于安检仪是否对人体有损伤的讨论很多，一般在正常情况下，是安全的。

在对一些桥梁等交通基础建设的检测中，核能也有用武之地，比如金属探伤，可以用X射线或者γ射线来判断工件是否符合规格。

以上这些用途其实都是利用了原子的放射性，当然前面X射线其实也是属于原子能的一种，属于电离辐射。核能还有很多用途，比如还可以做年代鉴定（碳-14），同位素示踪技术等等，在早年一些煤炭、矿物的称重也是用放射源进行称重的，由于过于危险被淘汰了。有些技术有些产品被淘汰了，同时关于核能的有些新的产品和应用也不断在出现，这里就不一一而谈了。

四、核能的“民间”应用：盘点一些核能智商税产品

1、各种各样的“镭人”产品（现已绝迹）

SME情报员曾经出过一期文章《吃镭是一种怎样的体验？骨头可以发光千年》，盘点了一些镭产品[16]，知乎