核能发电，作为一种高效且能量密度巨大的电力生产方式，其核心原理建立在原子核内部结构的深刻变化之上。与传统的化石燃料发电通过燃烧释放化学能不同，核电站的能量来源于原子核发生裂变反应时释放出的巨大核能。这一过程并非凭空创造能量，而是将物质本身蕴含的质量，按照爱因斯坦的质能方程，部分地转化为可供利用的能量形式。
实现这一转化的关键物质是铀-235或钚-239等具有特定结构的重原子核。在核电站的反应堆核心内，这些原子核受到自由中子的撞击时，会变得极不稳定，进而分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时释放出更多的中子以及巨大的能量。这种反应被称为核裂变。新释放出的中子又会去撞击其他可裂变原子核，从而引发持续的链式裂变反应。反应堆内精密的控制棒系统，通过吸收中子的数量来精准调节链式反应的速率，确保其处于平稳可控的状态，这是核电站安全运行的生命线。
裂变过程产生的能量最初表现为裂变产物的巨大动能，它们在与周围物质（通常是水或气体）的剧烈碰撞中迅速转化为热能。这些热能由流经反应堆核心的冷却剂（如一回路高压水）吸收并带走。高温高压的冷却剂随后进入蒸汽发生器，将其热量传递给装置外侧的二回路水，自身则冷却后循环回反应堆再次吸热。二回路水受热后转化为高温高压的蒸汽，这股强大的蒸汽流被引向汽轮机，推动其叶片高速旋转。
高速旋转的汽轮机主轴直接驱动与之相连的发电机转子。发电机转子在强大的磁场中切割磁感线，遵循电磁感应定律，机械能便最终被转换为我们日常生活中不可或缺的电能。做功后的蒸汽温度和压力大幅下降，它们被引入冷凝器，由来自江河湖海的循环冷却水（三回路水）将其重新凝结成水，由给水泵送回蒸汽发生器，开始新一轮循环。至此，核能历经从原子核内能到热能，再到机械能，最终化为电能的完整旅程。
核能发电原理的运用，体现了人类对微观物理世界的深入理解和宏观工程技术的卓越整合。它不依赖化石燃料的氧化过程，因此在运行过程中几乎不产生二氧化碳等温室气体，对于应对气候变化具有独特意义。当然，确保核裂变这把“双刃剑”始终安全、和平地服务于人类，需要无比严谨的设计、建造、运营与监管。从轴矿开采、燃料制备，到反应堆运行、乏燃料处理，每一个环节都凝聚着极高的科技含量与安全标准。理解核电的基本原理，有助于我们更客观、科学地认识这一重要的能源选项，思考其在未来全球能源结构中的角色与挑战。