↑核能与金属材料的关系非常密切。核反应堆里的燃料就是放射性稀有金属铀。用不带电的中子轰击铀原子核，铀原子核就会分裂变成两个质量差不多大小的新原子核，从而释放出核能，同时产生新的中子；新产生的中子又以同样的方式轰击其他铀核，使新的铀核分裂，这样继续发展下去，一变二，二变四……这种裂变反应象一条链子似的连续进行，可以把蕴藏在原子核里的能量释放出来。另一种放射性稀有金属钍，在吸收中子后会变成铀，所以也是一种潜在的核燃料。↑↑↑↑↑ ↑

↑铀必须先做成铀棒才能放到核反应堆里燃烧，核燃料裂变时释放出来的能量，通常是先传给水，把水变成蒸汽，再由蒸汽去推动涡轮发电机发电。铀棒是不能直接同水接触的，因为热水会浸蚀铀棒，铀棒也会使水受到放射性污染。因此，铀棒外面应该穿上一件↑↑↑“↑↑↑外衣↑↑↑”↑↑↑包壳，把它同水隔开。↑↑↑↑ ↑

↑铀棒的外壳可以用好几种金属材料（如铝、镁及其合金，不锈钢等）来制作，其中最好的是稀有金属锆和锆合金。因为锆很少吸收中子，这样可以保证核反应堆里的裂变链式反应持续进行。另外，锆还有极强的抗腐蚀能力、足够的机械强度及很好的加工性能，所以成了核反应堆里最重要的结构材料之一。↑↑↑↑ ↑

↑原子核裂变过程中产生的中子，运动速度很快，而快中子又不容易引起新的核裂变。因此，应该用减速剂来降低中子的运动速度。↑↑↑↑ ↑

↑稀有金属铍是核反应堆中效能很高的减速材料。它对快中子有很强的↑↑↑“↑↑↑制动↑↑↑”↑↑↑能力，快中子同铍的原子核碰撞几次，就会↑↑↑“↑↑↑筋疲力尽↑↑↑”↑↑↑，变成慢中子。慢中子被铀原子核吸收得越多，铀原子发生裂变反应的机会就会大大增多。↑↑↑↑ ↑

↑另外，原子核的裂变链式反应不仅需要↑↑↑“↑↑↑点火↑↑↑”↑↑↑，而且需要具备一定数量的中子才能维持↑↑↑“↑↑↑燃烧↑↑↑”↑↑↑。为此，由核燃料元件组成的堆芯，周围要包上一层反射层，用来挡住那些企图↑↑↑“↑↑↑越境↑↑↑”↑↑↑的中子，使之返回反应区。这一方面是为了防止看不见的射线跑出来伤人，另一方面又能减少中子的损失和缩小核反应堆的体积。铍的氧化物比重小、硬度大、熔点高，而且能够象镜子反射光那样把中子反射回去，因此铍又是建造核反应堆堆芯↑↑↑“↑↑↑住房↑↑↑”↑↑↑的好材料。↑↑↑↑ ↑

↑为了控制核反应速率和保证核反应堆安全运行，必须控制中子的生成量。办法是在核反应堆里装置一种棒状的控制元件。这种控制棒是采用镉和镉合金，以及含硼物质制造的。稀有金属铪也能用来做控制棒，因为铪具有↑↑↑“↑↑↑吞食↑↑↑”↑↑↑中子的本领，而且同锆一样具有抗腐蚀性强、熔点高、易于加工，以及使用寿命长等优点。另外，稀有金属钐、铒、钆及其氧化物和碳化物等，也能非常有效地吸收中子，做成控制棒，在核反应堆中可以起到补偿、调节和安全控制的作用。↑↑↑↑ ↑

↑核反应堆运行过程中会产生大量的热量，使温度急剧上升。为了防止核反应堆过热，使核燃料不致熔化，就需要用循环流动的冷却剂来冷却。当然，使用冷却剂不单纯是为了降低温度，也是为了把核反应堆生产出来的热量带出堆外，所以冷却剂又叫做载热剂。通过载热剂带出来的热量，可以送到有关用户去利用，比如可以使水变成蒸汽，让蒸汽推动涡轮发电机发电。↑↑↑↑ ↑

↑优良的冷却剂或载热剂，比热要大，不容易吸收中子，在高温或射线照射下不会分解。普通水、重水等液体，氦、二氧化碳等气体，都可以用作冷却剂。如果温度更高，也可以用某些在高温下呈液态的金属作冷却剂，比如钠、钾、锂等。它们的沸点高，热容量大，导热性好，但是这些金属与水反应会给工艺带来一些复杂的问题。↑↑↑↑