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21世紀——核能時代

　　21世紀，能源問題是首先要解決的問題之一，隨著人口的增加和經濟的發展，能源的消耗量飛快地增長．從目前的消耗量計算，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、風能、地熱能、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于2 500 t煤或2 000 t石油．而且，核裂變發電技術已經成熟，它有其無法取代的優點．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，核能發電比較經濟，總的算起來，核電廠的發電成本要比火電廠低15％～50％；第三，核電是清潔的能源，有利于保護環境．

　　所以，21世紀是核能發電的大發展時期．氫是一種很有前途的新的“二次能源”．液態氫已被用來作為人造衛星和宇宙飛船中的能源，但困難是不能大量制取．其原因是目前制取氫的辦法是以消耗其他能源為代價的．若利用核聚變反應則非常有希望解決這一問題．因為海水中含有大量氫及其同位素氘和氚(據計算，一桶海水中能提取的氘的能量相當于300桶汽油)．若將海水中所有的氘的核能都釋放出來，它所產生的能量足以提供人類使用數百億年．

　　然而，實現持續的可控核聚變，難度非常大．核聚變反應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．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裝置200多臺．近年來，設在英國牛津附近的核聚變裝置完成了一項可控核聚變試驗．在圓形圈內，在2億攝氏度下，氘、氚氣體相遇成功爆炸，產生了200 kW的能量，試驗持續了幾分鐘．雖然這距實際應用還有相當大的距離，技術上也還有許多難題需要解決．但已露出勝利的曙光．預計到21世紀50年代前后能實現原型示范的可控聚變反應．

　　可見，下世紀一旦核聚變能被利用起來，將會使人類徹底擺脫能源危機．我們設想，到那時，廉價的能源將使21世紀成為一個能量富足的時代，可生產出更豐富更新型的產品，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的“核”工廠生產過程中的副產品——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，實施龐大的灌溉計劃，改造農田，生產過程中產生的熱量還可以送入城市，用于取暖或作為熱源．核能除了發電之外，還可以用于煉鋼、推動動力機械、海水淡化處理、建筑物供熱采暖、空調制冷及熱水供應等．

　　低溫核供熱反應堆是一種既清潔、經濟又安全的理想新熱源．建設一座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行淡化處理，以解決缺水問題．

　　法國已設計了一種輕小型反應堆，功率為10～20萬千瓦，只有10個大氣壓的運行壓力，比較安全．利用堆芯產生的熱量將海水加熱蒸餾，每天可生產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方法，它可以彌補X射線和γ射線照相的不足之處，進行一些它們鞭長莫及的工作．如可以檢驗手機、航天器、火箭等裝置內部零件的結構狀況和質量，進行考古文物內部的無損檢驗等．

　　可以預計，21世紀是核能與核技術在醫學中廣泛應用并取得重大發展的時代．除了現有的核醫學診斷治療技術之外，中子治療癌癥是比較有前途的方法之一．這是因為許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，當它被癌組織吸收后，經中子輻照，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．在交通運輸領域，核能的利用將使其產生革命性的變革．核能艦船組成的遠洋艦隊可以在水上游弋幾十年而不用補充燃料．如果將反應堆做得足夠小，并解決防護問題，到那時，就能生產出核能汽車、核能坦克、核能火車、核能飛機．

　　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，人們可以對“老天爺”——天氣發號施令．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的起降，沒有飛機會因機場封凍而不能著陸，因為我們可設法在飛機水泥跑道下面安裝蒸氣管道．

　　不難預料，未來的世紀將是科學技術日新月異的時代，是人類學會和自然和諧相處的時代，是經濟和文明繼續高速發展的時代，也是核能與核技術全方位應用的新時代．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　中國科學院核分析開放實驗室)

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

(2)21世紀，核能除了發電之外，還有哪些方面的應用？

(3)人類社會現在所應用的能源很多來自千百萬年前埋在地下的植物經過漫長的地質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)

Answer 1

答案：
解析：

(1)煤，石油，天然氣等化石能源危機;略; 　　(2)①核能、核技術在醫學中大量應用 　　②核能可以作為宇宙飛船動力 　　③核能在照相技術中應用; 　　(3)可應用：太陽能、風能、水能、潮汐能、地熱能等二次能源．