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21世紀(jì)——核能時代

　　21世紀(jì)，能源問題是首先要解決的問題之一，隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗量飛快地增長．從目前的消耗量計(jì)算，石油還能采50年，煤最多能采100多年．若全世界均按美國和加拿大的耗能水平(人均耗煤8.4噸/年)計(jì)算，即使人口增長率為零，地球上的煤也只能維持30多年，而石油和天然氣只能維持10幾年．

　　雖然地球上還有其他形式的能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮�、水能等，但與煤和石油相比微不足道，不能滿足人類的需要．相比之下，核能是解決能源危機(jī)的一個最有效的途徑．核能是地球上儲量最豐富的能源．又是高度密集的能源．它的效率是驚人的，1 kg核燃料所釋放的能量相當(dāng)于2 500 t煤或2 000 t石油．而且，核裂變發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，它有其無法取代的優(yōu)點(diǎn)．首先，是地球上核燃料資源儲量豐富，已探明的礦至少有460萬噸，可供人類使用200多年；其次，核能發(fā)電比較經(jīng)濟(jì)，總的算起來，核電廠的發(fā)電成本要比火電廠低15％～50％；第三，核電是清潔的能源，有利于保護(hù)環(huán)境．

　　所以，21世紀(jì)是核能發(fā)電的大發(fā)展時期．氫是一種很有前途的新的“二次能源”．液態(tài)氫已被用來作為人造衛(wèi)星和宇宙飛船中的能源，但困難是不能大量制�。�其原因是目前制取氫的辦法是以消耗其他能源為代價的．若利用核聚變反應(yīng)則非常有希望解決這一問題．因?yàn)楹Ｋ�中含有大量氫及其同位素氘和�?據(jù)計(jì)算，一桶海水中能提取的氘的能量相當(dāng)于300桶汽油)．若將海水中所有的氘的核能都釋放出來，它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年．

　　然而，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的可控核聚變，難度非常大．核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾十億度，在這樣的高溫下，氘、氚混合燃料形成高溫等離子態(tài)．這里有許多問題需要解決，如怎樣加熱到如此高的溫度？怎樣盛裝如此高溫度的等離子體？這就是如何約束的問題．

　　目前，世界各國已建造多種類型的試驗(yàn)裝置200多臺．近年來，設(shè)在英國牛津附近的核聚變裝置完成了一項(xiàng)可控核聚變試驗(yàn)．在圓形圈內(nèi)，在2億攝氏度下，氘、氚氣體相遇成功爆炸，產(chǎn)生了200 kW的能量，試驗(yàn)持續(xù)了幾分鐘．雖然這距實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離，技術(shù)上也還有許多難題需要解決．但已露出勝利的曙光．預(yù)計(jì)到21世紀(jì)50年代前后能實(shí)現(xiàn)原型示范的可控聚變反應(yīng)．

　　可見，下世紀(jì)一旦核聚變能被利用起來，將會使人類徹底擺脫能源危機(jī)．我們設(shè)想，到那時，廉價的能源將使21世紀(jì)成為一個能量富足的時代，可生產(chǎn)出更豐富更新型的產(chǎn)品，而成本更為低廉．例如，可以從海洋中提取更多有用的元素，像金和鉑，到那時，其價值不再是金錢的象征．那么利用金和鉑耐腐蝕的優(yōu)良特性，來制造耐腐蝕的儲槽、閥門、管道等，可延長其使用壽命而不用頻繁更換．

　　此外，從海水中提取礦物質(zhì)的“核”工廠生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品——蒸餾水，也非常有用，可以通過管道將它們輸送到水源短缺的地方，實(shí)施龐大的灌溉計(jì)劃，改造農(nóng)田，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量還可以送入城市，用于取暖或作為熱源．核能除了發(fā)電之外，還可以用于煉鋼、推動動力機(jī)械、海水淡化處理、建筑物供熱采暖、空調(diào)制冷及熱水供應(yīng)等．

　　低溫核供熱反應(yīng)堆是一種既清潔、經(jīng)濟(jì)又安全的理想新熱源．建設(shè)一座20萬千瓦的供熱堆，每年消耗核燃料二氧化鈾僅1 t，它可以為500萬立方米的建筑物供暖．利用核能還可以對海水進(jìn)行淡化處理，以解決缺水問題．

　　法國已設(shè)計(jì)了一種輕小型反應(yīng)堆，功率為10～20萬千瓦，只有10個大氣壓的運(yùn)行壓力，比較安全．利用堆芯產(chǎn)生的熱量將海水加熱蒸餾，每天可生產(chǎn)8萬立方米淡水，可供15萬人飲用．

　　中子照相已成為一種新的無損檢驗(yàn)方法，它可以彌補(bǔ)X射線和γ射線照相的不足之處，進(jìn)行一些它們鞭長莫及的工作．如可以檢驗(yàn)手機(jī)、航天器、火箭等裝置內(nèi)部零件的結(jié)構(gòu)狀況和質(zhì)量，進(jìn)行考古文物內(nèi)部的無損檢驗(yàn)等．

　　可以預(yù)計(jì)，21世紀(jì)是核能與核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用并取得重大發(fā)展的時代．除了現(xiàn)有的核醫(yī)學(xué)診斷治療技術(shù)之外，中子治療癌癥是比較有前途的方法之一．這是因?yàn)樵S多癌組織對硼有較好的吸收效果，同時硼又有吸收中子的能力，當(dāng)它被癌組織吸收后，經(jīng)中子輻照，硼－10變成鋰－7，并放出α粒子，α粒子的射線能量較高，可以更有效地殺死癌細(xì)胞．

　　例如，日本有一腦癌患者就是利用這種方法治療后，不僅痊愈了，而且還能駕駛卡車，簡直不可思議．在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，核能的利用將使其產(chǎn)生革命性的變革．核能艦船組成的遠(yuǎn)洋艦隊(duì)可以在水上游弋幾十年而不用補(bǔ)充燃料．如果將反應(yīng)堆做得足夠小，并解決防護(hù)問題，到那時，就能生產(chǎn)出核能汽車、核能坦克、核能火車、核能飛機(jī)．

　　核能還可作為宇宙飛船的動力，到那時，人們可以到其他星系去旅游．21世紀(jì)，人們可以對“老天爺”——天氣發(fā)號施令．人類將充分利用核能與大自然抗衡．到那時，不會因氣候和天氣情況影響飛機(jī)的起降，沒有飛機(jī)會因機(jī)場封凍而不能著陸，因?yàn)槲覀兛稍O(shè)法在飛機(jī)水泥跑道下面安裝蒸氣管道．

　　不難預(yù)料，未來的世紀(jì)將是科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，是人類學(xué)會和自然和諧相處的時代，是經(jīng)濟(jì)和文明繼續(xù)高速發(fā)展的時代，也是核能與核技術(shù)全方位應(yīng)用的新時代．未來的核能時代將成為人類歷史上最光彩奪目、最美好的時代．

(李士　中國科學(xué)院核分析開放實(shí)驗(yàn)室)

(1)21世紀(jì)存在什么樣的能源危機(jī)？為什么說核能是解決能源危機(jī)的一個最有效的途徑？

(2)21世紀(jì)，核能除了發(fā)電之外，還有哪些方面的應(yīng)用？

(3)人類社會現(xiàn)在所應(yīng)用的能源很多來自千百萬年前埋在地下的植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的化石能源(例如：石油、煤)，如果有一天化石燃料枯竭了，你能否想出一些能替代這些化石能源的清潔能源．(至少寫出三種)