1. 核反应堆设计与安全：

核反应堆的设计要求极高的精确度和安全性，需要深入理解核物理，特别是核反应堆物理，确保反应的可控性和稳定性。

安全系统的设计至关重要，必须能够应对各种紧急情况，如冷却系统故障或地震等自然灾害，以防止核事故的发生。

2. 核燃料循环：

浓缩技术：生产核燃料（如浓缩235）需要高效率的浓缩过程，如离心技术，这不仅技术要求高，而且能源消耗巨大。

钚的生产与处理：在某些反应堆中，通过中子轰击238产生钚239，这需要复杂的后处理技术来分离和纯化钚，同时遵守严格的核不扩散标准。

3. 辐射防护与环境影响：

确保工作人员和公众的安全，需要先进的辐射防护措施和对核设施周边环境的严格监控。

辐射废物的处理和长期存储是一个复杂且长期的挑战，需要考虑放射性物质的衰变特性及对环境的长期影响。

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4. 核能与核技术的多领域应用：

核技术在医疗、材料科学、农业等领域的应用需要跨学科知识，如核医学中的放射性同位素生产，要求精确控制和安全使用。

5. 核事故应急与管理：

发展有效的应急预案和快速响应机制，确保在核事故时能迅速控制局面，减少损害。

6. 公众接受度与环境：

虽非技术难题，但核能项目往往面临公众对安全和环境影响的担忧，需要良好的沟通策略和透明的环境评估。

7. 技术创新与可持续发展：

研发更高效的反应堆设计，如第四代核反应堆，以及核聚变技术，这些技术要求突破现有材料科学、热力学和控制技术的极限。

8. 国际合作与法规遵从：

在核不扩散条约框架下，核技术的研发和应用需要遵循国际法律和协议，确保技术交流与合作的防止核材料和技术的非法扩散。

核工程与核技术专业教育也面临着挑战，需要培养既懂技术又了解国际规则、具备跨学科知识的复合型人才。学生不仅要掌握深厚的理论基础，如原子物理、核反应堆物理、辐射防护等，还要通过实践训练，获得实验研究、设计、建造和运行管理的能力。