核能、煤和天然氣是香港三種主要用作發電的能源。與傳統的發電廠不同，核電站不是使用化石燃料，而是依靠核子反應而運作的。到底甚麼是核子反應？為何某些核子反應可以產生能量呢？
要明白甚麼是核子反應，讓我們先重溫原子的結構。原子的中心是極之細小的原子核，由質子和中子組成 (質子和中子統稱為核子)。質子帶正電，而中子是電中性的。電子則像一片雲一樣包圍著原子核，並受原子核的電力束縛。我們日常生活中產生能量的反應，例如燃燒煤和天然氣等，都是化學反應。化學反應只涉及原子外圍的電子重組，在反應中原子能量的改變相對很小。相反，核子反應則涉及原子核的分裂或融合。由於質子和中子被緊緊束縛於原子核中，在核子反應過程中所釋放或吸收的能量便大得多了。 在核電站 (例如廣東大亞灣核電站) 中，核能來自鈾原子核的分裂。約在一百年前，愛因斯坦發現物質和能量其實是同一樣東西，因此物質可以轉換成能量，其轉換比例可由方程 E = mc2 描述。當鈾原子核分裂成一些較細的原子核和粒子時，最終形成的原子核和粒子的總質量，比未分裂前的鈾原子核的質量小。換句話說，有部份質量轉換成能量，就如愛因斯坦的著名方程所描述。 在以下的章節中，我們將會討論一些天然和人工的過程。這些過程都涉及核能，以及核電站的運作情況。
放射性是某些會自發放出輻射的物質 (稱為放射性物質) 的特性，是物質釋放核能的天然特性。放射性物質可能釋放出的輻射有三種，包括 α 粒子，β 粒子和 γ 射線。
α 粒子其實是氦原子的原子核，大約以光速 1/10 的速率運動。α 粒子帶有兩個電子單位的正電荷。它的穿透力很弱，可以被 5 cm 的空氣或一張紙所阻擋。例如氡 (氣體) 的原子核透過放射出一顆 α 粒子，便會衰變成釙 (固體) 的原子核： 
在元素符號左上方的數字代表原子核的質量數 (核子的數目)，而在左下方的數字則代表原子數 (質子的數目)。注意在方程兩邊的質量數和原子數都是平衡的 (222 = 218 + 4 和 86 = 84 + 2)。
β 粒子其實是電子，大約以 0.9 倍光速運動。β 粒子帶有一電子單位的負電荷。它可以被數毫米厚的鋁所阻擋。例如，鋰-8 可以通過 β 衰變而變成鈹-8： 
因為 β 粒子其實是一個電子，所以可用
γ 射線是頻率很高的電磁波 (超過 3 × 1019 Hz)。γ 射線是電磁波，所以不帶電荷。γ 射線有很強的穿透力，用 2.5 cm 厚的鉛也只可以減少它的強度大約 50 %。在 γ 衰變中，原子核不會改變它的質量數和原子數；它只會因為放射 γ 射線而損失能量。 核裂變和核聚變 核裂變是一個重的原子核分裂為兩個或數個較輕的原子核的過程。核聚變則是兩個或數個輕的原子核聚合成一個較重的原子核的過程。 核聚變釋放巨大的能量。例如氫彈的爆炸便是氫-2 (氘) 和氫-3 (氚) 核聚變的結果： 
在太陽的中心，能量也是由核聚變產生的。真正聚變的過程頗為複雜，但最終的結果是由 4 個質子 (氫原子核) 轉變為一個氦原子核： 
這裡 在太陽裏，每秒鐘發生 1038 個聚變，使五百萬噸的質量轉變為能量！雖然這質量看起來很大，但與太陽整體的質量相比，實在是微乎其微。就是這種核反應產生的能量，維持太陽發光數十億年。
廣東大亞灣核電站使用鈾的核裂變作為能源。鈾的原子核有 92 個質子。鈾有不同的同位素，不同同位素的其原子核擁有不同數目的中子。鈾-235 的原子核有 143 個中子，加上 92 個質子，總共有 235 個核子。鈾-238 的原子核就有 146 個中子，因此總共有 238 個核子。鈾-235 較易產生核裂變。在天然的礦物鈾中，鈾-235 的含量只有 0.7 %。核電站所用的二氧化鈾是經過濃縮的，一般含有 3-4 % 的鈾-235。當鈾-235 的原子核被一顆中子碰撞時，原子核便會分裂成兩顆較輕的原子核，同時釋放出能量，以及兩個或三個中子。其中一種裂變的過程如下﹕ 
在核電站中，鈾裂變時放射出的中子會引發其他鈾原子核的裂變，這個過程不斷重複，在反應堆中產生了一個鏈式反應，不斷地產生能量，如下圖所示。
由於引發鈾-235 原子核的裂變只需要一個中子的碰撞，但裂變時卻會放出 2 至 3 個中子，因此一個原子核的裂變可以再引發2 或 3 個新的裂變。若核裂變不受控制地不斷倍增，釋放的能量便會非常快速地增加到危險的水平。原子彈的設計，便是利用高濃度的鈾-235，容許其進行不受控制的鏈式反應，引致巨大的爆發。然而，在核電站中鈾-235 的濃度永不足以產生這樣的爆發，而且鏈式反應被非常小心地控制著，以確保能量產生的穩定性。
要控制鏈式反應的能量釋放，可在反應堆內插入能吸收中子的控制棒，把過多的中子吸收。這可以確保中子的數目不會過多而使反應的速率過高。 當控制棒插入反應堆中較深處時，維持鏈式反應的中子就會減少，反應堆輸出的功率便會下降。拉出一些控制棒，便可使輸出功率上升。 以下的動畫說明廣東大亞灣核電站的不同部份如何運作以產生電能。
反應堆必須定期補充新的燃料。由於反應堆在運作時被壓力殼完全包圍著，更換燃料時必須停止電廠的運作。反應堆一般每年只需要更換燃料一次，將反應堆堆芯中約三份一的燃料組件更換。因為堆芯中央的核燃料消耗較快，所以在更換燃料的過程中，可選擇將堆芯邊緣的燃料組件移到中央，而將新的燃料組件放在邊緣。 燃料組件在電廠內的更換和運輸是在組件密封及置於水中進行的，以阻隔燃料組件放出的輻射。燃料組件儲存在反應堆廠房隔鄰的燃料廠房，直到核燃料放出的輻射減低至可以運走的水平。這些燃料組件其後會經處理，提取有用物質。剩下的高放射性物質會被固定在玻璃內，以混凝土固定和包圍，永久儲存在地下深處。
裂變過程產生放射性物質，可能影響人們的健康。為保障我們的健康和保護環境，政府和核電站的負責人付出很大的努力，以確保核電站在安全的情況下運作。例如廣東大亞灣核電站就有多重的安全設施，依照下列的原則設計：
香港天文台在 1987 年成立環境輻射監測計劃，定期抽取空氣、食物和水的樣本，監察它們的放射性，以確保我們的環境不受廣東大亞灣核電站的運作所影響。 具備了各種強化安全措施和監察系統，核電成為一種非常安全可靠的能源。以下的活動有助你了解多些香港天文台對輻射的監察工作：
現代化石燃料的消耗率極高，使用核能有助節省化石燃料。如果以所能產生的能量計算，地球上的核子燃料的確比化石燃料更為豐富。將來，核能可能成為我們最主要的能量來源。 再者，燃燒化石燃料釋放如二氧化硫，氮氧化物和二氧化碳等污染物。某些污染物必需在排氣裝置中除去，以免影響我們的環境。核電站則不會排放這類污染物。 核電廠產生放射性廢物和放射性很高的「乏燃料」(使用後的核燃料)。雖然核電所產生的廢物比其他傳統的發電方法少得多，但我們仍必需妥善處理和隔離這些放射性廢料以保護環境。只要能夠妥善隔離放射性廢料，核電確是一種比化石燃料更為清潔的能源。 科學家正研究利用氫轉變成氦的核聚變產生能量。氫燃料可以從海水中的水分子提取。這核聚變反應的產物沒有放射性，不會影響環境和我們的健康。在未來，人類或者能以一個非常清潔的方式，利用幾乎取之不竭的海水產生能量。
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代表 (質量數為零、帶有一電子單位的負電荷)。注意在方程兩邊的質量數和原子數也是平衡的 (8 = 8 + 0 和 3 = 4 + (-1))。
