核物理与核技术应用的新时代

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世纪核物理与核技术应用的新时代

从本世纪开始核物理与核技术经历了极其深刻熟并不断取得新进展进入年代以后随着计算

,,.80,

的革命并在许多科学技术领域中引起深刻的变革派机、快电子学以及其他新材料、新技术在核物理与核技

,,

生出了许多分支学科此外核物理与核技术和其他学术领域的广泛应用使这门学科出现了新的发展高潮

.,,,

科之间的渗透又产生了许多交叉学科可以说世其应用领域更加广泛发挥的作用也越来越大应用核

,.,20,.

纪核物理与核技术每时每刻都在不停地发展是最有物理与核技术所取得的经济效益已构成世界国民经济

,,

生命力、发展最迅速、影响力最大、成果最多的学科之总收入的1据不完全统计—年应用核

一物理与核技术的累积经济效益约为亿美元其社

.800.

05%.,19601985

会效益的影响就更大仅就核医学而言它已拯救了成

,,

千上万人的生命此外核能发电、核能取暖、辐射加

.,

工、放射性药物、核仪器等核技术对社会、经济和科学

的发展已起到了非常重要的作用

.

核物理与核技术的发展已经有近百年的历史发

,

展过程可粗略划分为三个阶段

.

第一阶段从世纪末到世纪年代为核物

192040,

理基础研究阶段在这一阶段世界各国许多科学工作

.,

者取得了一系列基础研究的重大发现和突破例如放

.

射性的发现、原子核结构模型的建立、同位素概念的提变革的核物理与核技术在新的世纪里将以怎样的面

出、人工放射性与裂变的发现等这一阶段的研究成果貌展现在我们面前将给我们创造出怎样的新生活

.,?

和重大突破为以后核物理与核技术的发展奠定了理论如果说世纪的伟大科技成果之一是人们打开了核

基础物理的大门的话那么可以预计世纪将是核能与

.,,,21

第二阶段从世纪年代至年代为核军事核技术全方位应用的新时代

204050,.

应用与竞争阶段为了战争第二次世界大战的需要

.

()

()

赶在纳粹德国之前造出原子弹美国集中了全世界

,

120,

世纪人类打开了核物理的大门

221,

世纪人类将进入核能时代

21,

世纪正向人类飞步而来给人类社会带来根本

,

,20,

21,.

世纪能源问题是首先要解决的问题之一随着

人口的增加和经济的发展能源的消耗量飞快地增长

,.

从目前的消耗量计算石油还能采年煤最多能采优秀的科学家和巨额财力开始研制原子弹年爆

,50,,.1945

100.

多年若全世界均按美国和加拿大的耗能水平人

(

炸了世界上第一颗原子弹并向日本广岛和长崎投放

,,

死伤几十万人年苏联第一颗原子弹爆炸成功均耗煤1年计算即使人口增长率为零地球上煤

.1949.84t/,,

1950,19521953

年美国宣布开始制造氢弹年和年美国

)

只能维持多年而石油和天燃气只能维持几年

30,10.

虽然地球上还有其他形式的能源如太阳能、风能、地和前苏联相继研制成功氢弹

,.

热能、水能等但与煤和石油相比微不足道不能满足第三阶段从世纪年代至今为核军事研究与

,,2050,

人类的需要相比之下核能是解决能源危机的一个最核能和平利用并举阶段在这期间美国和前苏联为了

.,.,

有效的途径巩固其核武器的世界垄断地位保持军事优势继续发

.,,

核能是地球上储量最丰富的能源又是高度浓集展核武器而其他国家为了打破美国和前苏联的核垄

,.

的能源它的效率是惊人的核燃料所释放的能量断而加速进行核武器的试验英国、法国、中国等相继

.,1kg.

相当于煤或石油而且核裂变发电技术爆炸了自己的原子弹或核装置打破了美国和前苏联

2500t2000t.,,

已经成熟它有其无法取代的优点首先是地球上核独霸核武器的局面在此期间核能与核技术已开始大

,.,.,

燃料资源储量丰富已探明的矿至少有万可供规模地应用到国民经济中开创了核能和平利用的新

,460t,,

人类使用多年其次核能发电比较经济总的算阶段自年前苏联建成第一座核电站以后核物

200;,,.1954,

起来核电厂的发电成本要比火电厂低—第理与核技术的应用出现了前所未有的高潮如核动力

,15%50%;.

三核电是清洁的能源有利于保护环境所以世纪客轮下水、原子能破冰船启航、辐射育种、辐射不育技

,,.,21

是核能发电的大发展时期术消灭病虫害、建立放射性免疫测定技术等同时人

..,

氢是一种很有前途的新的“二次能源”液态氢已们把目光转向解决紧迫的社会问题和生活中的问题

..

被用作人造卫星和宇宙飞船中的能源但困难是不能例如环境保护、海水淡化、能源开发、生物工程、癌症

,,

大量制取其原因是目前制取氢的办法是以消耗其他的诊断与治疗等到了年代核技术已在许多方面

..70,

能源为代价若利用核聚变反应则非常有希望解决这形成了新兴的产业在西方发达国家核物理与核技术

..,

一问题因为海水中含有大量氢及其同位素氘和氚的应用已经深入到国民经济的各个领域技术日趋成

..,

2719983

卷年期

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(

据计算一桶海水中能提取的氘的能量相当于桶万只有个大气压的运行压力比较安全利

,30020kW,10,.

汽油若将海水中所有的氘核能都释放出来它所产生用堆芯产生的热量将海水加热蒸馏每天可生产万

.,,8

的能量足以提供人类使用数百亿年然而实现持续的淡水可供万人饮用中子照相已成为一种新的

.,,15.

可控核聚变难度非常大核聚变反应的温度大约需要无损检验方法它可以弥补射线和射线照相不足

,.,X

几十亿度在这样的高温下氘、氚混合燃料形成高温之处进行一些它们鞭长莫及的工作如可以检验飞

,,,.

等离子态这里有许多问题需要解决如怎样加热到如机、航天器、火箭等装置内部零件的结构状况和质量

.,,

此高的温度怎样盛装如此高温度的等离子体这就考古文物的内部无损检验等

??.

是如何约束问题目前世界各国已建造多种类型的试可以预计下个世纪是核能与核技术在医学中广

.,,

验装置多台近年来设在英国牛津附近的核聚变泛应用并取得重大发展的时代除了现有的核医学诊

200.,.

装置完成了一项可控核聚变试验在圆形圈内在亿断治疗技术之外中子治疗癌症是比较有前途的方法

.,2,

度温度下氘、氚气体相遇爆炸成功产生了的之一这是因为许多癌组织对硼有较好的吸收同时硼

,,200kW.,

能量试验持续了几分钟虽然这距实际应用还有相当又有吸收中子的能力当它被癌组织吸收后经中子辐

,.,,

大的距离技术上也还有许多难题需要解决但已露出照硼会变成锂并放出粒子粒子的射线能

,,-10-7,,

胜利的曙光预计到世纪年代前后能实现原型示量转移较高可以更有效地杀死癌细胞例如日本有

.2150,.,

范的可控聚变反应可见下世纪一旦核聚变能被利用一脑癌患者就是利用这种方法治疗后不仅痊愈了而

.,,,

起来将会使人类彻底摆脱能源危机且还能驾驶卡车简直不可思议

,.,.

我们设想到那时廉价的能源将使世纪成为在交通运输领域核能的利用将使其产生革命性

,,21,

一个能量富足的时代可生产出更丰富更新型的产品的变革核能舰船组成的远洋船队可以在水上游弋几

,,.

而成本更为低廉例如可以从海洋中提取更多有用的十年而不用补充燃料如果将反应堆做得足够小并解

.,.,

元素像金和铂到那时其价值不再是金钱的象征那决防护问题到那时就能生产出核能汽车、核能坦克、

,,,.,,

么利用金和铂耐腐蚀的优良特性来制造耐腐蚀的储核能火车、核能飞机核能还可作为宇宙飞船的动力

,.,

槽、阀门、管道等可延长其使用寿命而不用频繁更换到那时人们可以到其他星系去旅游

,.,.

此外从海水中提取矿物质的“核”工厂生产过程中的

,

副产品———蒸馏水也非常有用可以通过管道将它们人类将充分利用核能与大自然抗衡到那时不会因气

,,.,

输送到水源短缺的地方实施庞大的灌溉计划改造农候和天气情况影响飞机的起降没有飞机会因机场封

,,,

田生产过程中产生的热量还可以送入城市用于取暖冻不能着陆因为我们可设法在飞机水泥跑道下面安

.,,

或作为热源装蒸气管道

..

核能除了发电之外还可以用于炼钢、推动动力机不难预料未来的世纪将是科学技术日新月异的

,,

械、海水淡化处理、建筑物供热采暖、空调制冷及热水时代是人类学会和自然和谐相处的时代是经济和文

供应等低温核供热反应堆是一种既清洁、经济又安全明继续高速发展的时代也是核能与核技术全方位应

.,

的理想新热源建设一座万的供热堆每年消耗用的新时代未来的核能时代将成为人类历史上最光

.20kW,.

核燃料二氧化铀仅它可以为万的建筑物供彩夺目、最美好的时代

1t,500m.

2

暖利用核能还可以对海水进行淡化处理以解决缺水

.,

问题法国已设计了一种轻水小型反应堆功率为—

.,10

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21,.

世纪人们可以对“老天爷”———天气发号施令

,,

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中国科学院核分析开放实验室 李士

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物理