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生产氢能提供了重要经验。 德国 巴伐利亚汽车厂与德国航空及宇航研究所制订了一项投资 4300 万美元的计划，共同研制以液氢为燃料的内燃机，戴姆勒和奔驰汽车厂也在 利用政府的拨款进行类似的研究工作。德国的巴伐利亚电力公司和一些基金 会组织了目前世界上最大的太阳能制氢厂，是在巴伐利亚州纽伦堡以东 100 公里的诺因堡地区，投资 5000万马克，经过 3年时间，建造成一座实验性 500千瓦级 （年发电30万千瓦时）的太阳能氢发电厂，到 1990年夏季正式 投入使用。它使用2万平方米太阳能电池板电解水制氢，年产汽车用氢燃料 5万立方米。此外，德国还与沙特阿拉伯在利雅得市合建一座350千瓦级的 太阳能发电站，为水电解制氢提供动力。 日本 政府十分重视开发氢能，通产省已把氢能开发应用列入其 “阳光 计划”；文部省也把氢能研究作为重点研究课题。日本马自达汽车公司积极 发展氢能汽车，计划在90年代末将向美国加州出售小批量的氢能汽车。 加拿大 政府和欧共体已拨款430万美元作为科研费研究氢能，利用加 拿大的水力发电资源生产氢，然后以液氢形式运往欧洲。据报道，联合建立 一座制氢实验工厂将要花费4.2亿美元。 前苏联 除已发展的氢能燃料飞机外，还在积极推广用氢燃料来作为汽 车、货车、拖拉机和火车等的动力能源。 世界氢能的开发使用，已经历了一段艰难曲折的历程，正在蓬勃发展着。 当今的主要问题是制氢技术尚待进一步摸索提高，储运手段也需改善，应用 中的许多技术问题还要努力攻关，特别是制氢成本还太高等等。因此，大规 模实用化至少还需要20年以上。然而，作为一种优质清洁的新型能源，同样 要经历一个发生、发展、改进、推广、完善的过程。完全可以相信，再过20～ 40年，氢能必将成为世界能源舞台上的一个新秀而大展风采。
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亦功亦过——核能 核能的发现 第二次世界大战末期，美国使用的绰号叫 “小男孩”、“胖子”的两颗 原子弹在日本广岛、长崎造成了人间灾难；以及1986年前苏联切尔诺贝利、 1979年美国三里岛核电站事故连续发生，使人们一提起核能就谈虎色变。因 而核能长期以来成为举世瞩目的争议问题。 那么 “核能”到底是什么？ 人类对客观世界的认识有个逐步加深的过程。从宏观上讲，宇宙浩瀚无 穷，从微观上讲，又存在着一个肉眼看不见而又难以捉摸的无限渺小的世界。 对这个无限小的世界，今天人们能认识到的只是原子世界，其中包括电子、 质子、中子……它是一个奥妙无穷，无限可分的微观世界。 - - 原子核的直径很小，只有1013～1012厘米。在原子核内的质子之间存 在着巨大的电磁力。但它们并不相互排斥，这是由于他们之间还存在着另一 种比电磁力强100倍的吸引力——核力，科学家们把这种使核子凝聚在一起 的能量叫 “结合能”，原子只有在受到外力作用时，才能释放出能量来。 早在1989年12月，波兰科学家居里夫人在发现镭的同时，就发现了镭 在蜕变时伴随着能量的释放。1克镭蜕变后能释放出34亿卡的热能，这些热 能足以融化42吨冰块。镭同所有放射性元素一样，在其不断蜕变的过程中， 其质量逐步转化为能量，这时，它的放射性原子数也随之衰减。当它减到1/2 时，就叫它 “半衰期”。这种 “半衰期”是按几何级数变化的。各种元素的 238 半衰期各不相同。例如，镭的 “半衰期”是 1602年，而铀 的 “半衰期” 是45亿年。 后来人们又发现用高速运动的带电粒子或用不带电的中子去轰击带正电 的原子核则可能使能量释放出来，但命中率都太低。直到1938年科学家才初 步确认，铀核在中子的轰击下分裂成了质量相近的两块碎片，他们还计算出 一个铀核分裂时可以释放出2亿电子伏特的能量！ 与此同时，居里夫人的女儿伊伦·约里奥·居里和费米等人发现用一个 中子去轰击原子核时，除产生两个裂变原子核并释放出能量外，还会产生出 两三个新的中子来，这两三个新中子又去轰击两三个铀核，再分裂出更多的 “中子炮弹”来。如此这般地按几何级数陡然增加的中子就可以使铀核在瞬 间全部分裂，在这种 “链式反应”过程中，失去的质量就转变为释放出的巨 大能量，这就是原子能，更确切地说应称之为 “核能”。这种“链锁反应” 的发现，为人类利用核能打开了迷宫的大门，开辟了通路，使人类逐步认识 并掌握了核裂变放出的核能和核聚变放出核能这两种新型能源的科学技术。 这一重大科学发现使人类找到了巨大的能源。一个普通的碳原子燃烧时 放出的能量只有4.1电子伏特；而一个铀原子核的裂变却可以释放出大约2 235 21 亿电子伏特。1克铀 含有2.6×10个原子，即像火柴盒那么大小的 1千 克铀235由于核裂变所产生的能量相当于2万吨TNT炸药的爆炸力。而且， 核裂变的再分裂时间是非常短促的。只需亿分之一秒，所以1千克铀235完 全裂变只是瞬间发生的事。 科学技术的发展，使人们认识了原子核能的巨大作用，到 1942年，原子 能在发展史上进入了一个新阶段，也正是此时，第二次世界大战进入了白热
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化阶段。 当科学家们在为接二连三的发现激动不已时，却有一个人在为这些发现 而担忧，他就是匈牙利科学家西拉德。西拉德有着远比一般人更丰富的想象 力。所以，他很早就警告过周围的同事们，他们正在从事的核裂变研究，对 人类的生存可能会产生难以预料的恶果。西拉德担心，原子核里蕴藏的能量 一旦被人类释放出来，就要掉过头来将人类吃掉。 不久，从欧洲大陆传来消息，说纳粹德国已开始注意铀核裂变应用于军 事的问题了。再也不能等下去了！爱因斯坦出面给美国总统罗斯福写信，要 求美国政府立即组织力量进行原子弹研制。在罗斯福密友萨克斯的再三说服 下，罗斯福接受了爱因斯坦的建议，同时揭开了美国制造原子弹的第一页， 这也是人类跨进原子时代的第一步。 1939年10月19日，罗斯福下令成立了一个以“S-11”为代号的特别委 员会，立即开始进行原子弹的研制。 随着第二次世界大战的激烈进行，美国对研制原子弹的工作也越来越重 视。1940年美国政府只提供了6千万美元的经费，到 1941年12月便提高到 20亿美元。 1942年8月，美国正式制定了研制原子弹的计划，即著名的“曼哈顿计 划”。 经过费米等的不懈努力，1945年7月16日，第一颗原子弹，（代号“瘦 子”）在新墨西哥州阿拉默果多尔空军基地的沙漠里试爆成功，爆炸时飞砂、 走石，震天撼地。住在离爆炸地点200公里以内的居民，几乎都听见了这声 巨响，感到了大地的震撼，也看到了当时空中强烈的闪光。 原子弹的巨大威力，给在场的每一个人都留下了极其深刻的印象，即使 像费米那样冷静而理智的科学家也不例外。 原子弹制造的悲剧 早在1945年的春天，曼哈顿计划的科学家就接到了选择投掷一颗原子弹 目标的任务。最后确定了日本的4个城市：广岛、新潟、小仓以及京都。后 来，由于日本问题专家赖肖尔教授涕泪交加的请求，陆军部长史汀生才将日 本的古都京都从死神判书中勾掉了。对这个城市，美军将不予轰炸，这丝毫 不意味着他们的慈悲，而是为了更清楚地了解新式炸弹的破坏力。 从7月26日到8月1日，美国飞机在日本各地散发了300万张敦促日本 投降的 《波茨坦公告》，还散发了150万张传单，警告日本将受到猛烈的空 中轰炸。但日本政府没有要投降的任何迹象，于是美国政府便按原定计划， 准备对日本使用原子弹了。 7月16日，“小男孩”的各部件被装上“印第安纳波利斯号”巡洋舰， 由它在7月26日运到太平洋提尼安岛的一个空军基地里，在那里被组装成了 235 原子弹。它长3.02米、直径0.74米、重4.4吨，核装料是60千克铀 ， TNT当量约1.4万吨。 “印第安纳波利斯号”巡洋舰卸完货后即离去，驶向 菲律宾。但在7月30日，它遇到一艘日本潜艇的袭击，结果十分悲惨，巡洋 舰连同它上面的900名船员一起沉入海底。此时美国人才发现，这艘可怜的 军舰其实是很不适合承担运输原子弹这样的重要任务的，因为它没有声纳装 置，并且设计落后，仅一发鱼雷就能将它迅速击沉。
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8月5日，由于预报第二天将是个晴天，“小男孩”被吊装上了一架B- 29飞机。半夜里，发出了飞行指示，飞机飞上了夜空。 1945年8月6日清晨，日本广岛天气晴朗、气候闷热，居民仍和往日一 样生活着。9点钟，一阵空袭警报声过后，3架美国飞机飞入市区上空。由于 市民对战争期间的空袭警报已习以为常，也由于这天8点钟，已有过数架美 国飞机来过广岛，并未投弹，所以，大部分市民并没有及时进入防空洞躲避， 甚至还有人驻足仰望美机在天空飞翔。绝对没有人想到，其中一架飞机上竟 装有一颗可怕的新式武器。 9时15分，B-29轰炸机的投弹手费雷比少校将视准仪对准了市中心的一 座桥正中，并按下了自动装置，带着降落伞的 “小男孩”从打开的舱门落入 了空中。随即，驾驶员提贝茨上校操纵飞机用了一个 155°的急弯，迅速逃 离即将发生爆炸的地点。 45秒钟之后，当系在降落伞下的 “小男孩”慢慢落到离地面还有600米 时，爆炸发生了。先是耀眼的强光一闪，随即是震耳欲聋的爆炸声。紧接着 出现一个粗大的尘柱，并急速追赶上升的烟气团，最后两者会合成一股高大 的蘑菇云。顷刻之间，广岛市便接着竖起几百根火柱，全市马上沦为炽热的 火海。 由于爆炸之后广岛对外界的一切通讯、交通都告中断，所以迟至第二天， 日本政府才接到设在广岛的第二军司令部的报告：“敌人使用了具有从未见 过的破坏力的炸弹。6日上午9时15分，广岛市在一刹那间，被一颗挂在降 落伞下的炸弹全部毁灭了。” 日本军方感到莫名其妙：一颗炸弹怎么能毁掉一座城市呢？真是太不可 思议了。于是，有人想到那或许就是原子弹，已有传闻说美国正在研制一种 威力强大的新式炸弹，看来这种说法并非无稽之谈。 8月7日上午9时，一位日本军官敲响了西名吉尾教授实验室的门。西 名在20年代曾在丹麦原子物理学家玻尔的指导下工作过，他回到日本之后曾 建立了一个原子物理学派，是这一领域无可争议的权威。在接到军方的紧急 通知后，西名来到劫后的广岛，参加一个调查委员会的工作。 一位在场的军官指着自己半个烧伤的脸说： “炸弹爆炸时，向四面八方 射出强烈的闪光，就像太阳落下来一样。接着听见山崩地裂般的震天巨响。 再下去就像刮龙卷风一样，所有的房屋都被推倒了。可怕的是，所有露出在 外的东西，一刹那间都被那强烈的闪光烧坏了。 我的左脸正好对着那道闪光，当时就感到开水烫在脸上似的剧痛……” 西名看一位受伤的妇女，爆炸时身穿白底黑格子浴衣，背朝爆炸中心， 结果，在她背上黑格子下面的皮肤都烫焦了，只有白底下的那部分还有些皮 肤，整个背部就像被一块巨大的方格烙铁烫过一样。 西名来到距爆炸中心约200米的地方，捡起一些碎瓦片。量了量它们表 面被烧熔的那一薄层的厚度，约在0.1毫米左右。他立即估算出这个地方的 温度大约在一千多度，也就是说，爆炸中心的温度应当高达上万度。毫无疑 问，毁灭广岛的确是原子弹。只有原子弹爆炸时释放的能量，才能造成如此 巨大的破坏。 参与调查的日军参谋本部河边副总参谋长问西名： “你能否提出一个防 御新式炸弹的有效方案。” “你们把出现在日本上空的每一架飞机都击落下 来就可以了。”学者只能这样回答。
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8月9日破晓前，装载有原子弹“胖子”的B-29轰炸机仍在两架观察机 的陪同下，从提尼安岛空军基地起飞， “胖子”长3.25米、直径1.52米、 重4.5吨，核装料为8千克钚- 239，TNT当量约2.2万吨。这次的目标是小 仓，可在飞抵小仓上空时，发现根据天气情况目视轰炸不可能进行。于是朝 第二目标长崎飞去，飞到长崎时最初发现云雾很重，但后来在云雾中发现了 一个窟窿，获得了目视轰炸的机会，从而在长崎演出了广岛之后的又一幕悲 剧。 一个月之后，两个遭受原子弹轰炸的城市的伤亡数统计出来了：广岛死 伤306545人，长崎死伤138905人！这可说是能源史上最大的悲剧了——人 类开发了核能，又利用核能来杀死自己的同类。能源啊能源，什么时候你才 能只为人类创造更美好的生活，而不被用于战争杀戳呢？ 原子核能的和平利用 1992年 11月8日，日本货轮“拂晓丸”离开了法国瑟堡军港码头，缓 缓驶向风浪莫测的大西洋深处。伴随在它身边的是一艘武装巡逻艇，上面配 备有高射机枪及两驾直升飞机。此外，美国的军用卫星对它的航行过程进行 同步跟踪，并不时向各地的美国军事基地发出讯号，报告“拂晓丸”的方位。 与此同时，大西洋、太平洋一些沿岸国家，对这艘拒不透露确切航线的 货轮未来的行踪深表关注。巴拿马禁止它通过巴拿马运河，马来西亚不准它 经过马六甲海峡，智利、南非、印尼、澳大利亚、新西兰命令它远离本国海 域…… 原来， “拂晓丸”在瑟堡装上了1.5吨具有强烈放射性的钚。这是迄今 为止世界上最大的一次放射性物质运输行动。这批钚运回日本后将被用作新 一代核反应堆的动力。 大家知道，小小的原子核能释放出无与伦比的巨大能量，核能的威力我 们早从原子弹在广岛、长崎的爆炸中就已领教过了。很自然地，第二次世界 大战结束之后，一些国家积极开展了原子核能的和平利用。 战后核能的和平利用，主要是在发电上。核能发电的原理，同普通火力 发电一样，都是利用热产生蒸汽，再由蒸汽轮机带动发电机旋转，发出电来。 所不同只是把锅炉换成 “原子炉”，把煤炭或石油换成核燃料，利用核裂变 产生热。要将核能转变成电能，关键在于核反应堆，它实际上就是使核裂变 的链式反应可以持续进行并为人们控制的一种装置，也就是核发电厂的 “原 子锅炉”。 1954年6月27日，在莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行， 标志着人类和平利用核能时代的到来。 奥布宁斯克核电站采用的是热中子反应堆 （简称热堆）。这类反应堆是 235 依靠速度大为减慢了的，而又处在热运动情况下的中子轰击铀 原子核，使 其发生链式的裂变反应的。热堆的技术比较成熟，现在世界上的几百座核电 站大都采用这种反应堆。我国已在1991年底建成发电的第一座核电站——秦 山核电站，采用的也是热堆。 在热堆的炉膛里燃烧的铀燃料，其中只含有百分之几的铀 235，而剩余 238 的百分之九十几是铀238。这种铀 就像煤矸石一样，是不能燃烧的“废料”。 这么多剩余的铀238越积越多，最后成了沉重的负担。目前世界各国的核燃
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料库房里堆放的铀238达几十万吨，仅美国就积存了20多万吨。这些既无法 利用，又不能丢弃的 “废料”可使人伤透了脑筋。 有没有在燃烧过程中不产生 “废料”的核技术呢？有。它就是快中子增 殖反应堆 （简称快堆）技术。在快堆炉膛里烧的燃料是钚239，也有铀235， 它燃烧后变成钚239。钚239有个奇特的本领，就是每烧掉一个钚239原子， 便能新生出1.4个钚239原子。也就是说，快堆运转后经过一段时间，就可 以提取出比投进去的还要多的钚239。 40年来，美、法、苏、日等国都花费大量人力物力来建造快堆核电站。 其中以法国步伐最快。1973年，法国建成了25万千瓦的 “凤凰”快堆，至 今运行良好。1984年，法国又建成了120万千瓦的 “超凤凰”快堆，由于它 的外形像个拱顶的教堂，有人戏谑地称之它为 “核教堂”。日本对快堆的热 情也很高， “拂晓剂”装载的钚燃料正是供快堆使用的。 由于快堆在技术上要比热堆复杂得多，所以仅凭目前人们掌握的技术， 要建造容量大的快堆是有一定困难的。估计到下一世纪，快堆的技术将趋于 成熟，人们满怀希望地将它称为 “明天的核电站锅炉”。 世界核电工业自60年代后期进入了快速发展阶段。1970年，核电还只 占世界发电总量的1.5％。至 80年代末猛增到17％。至1990年底，世界核 电反应堆有432座，总装机容量为32600万千瓦。有些国家的核发电占发电 总量的比例很高，如匈牙利、比利时分别为51％和60％，法国竟达75％。 科学界对核能发电推崇备至。一是燃料轻便，利于运输。拿我国华东地 区来讲吧，目前有58％的火车车皮用来装煤。1座100万千瓦的火电站，每 天要燃煤1万吨，而同样发电量的核电站每年仅需30多吨核燃料，不到一个 车皮就可装走。二是它还是最干净的能源。它既不产生烟尘，又不产生废气。 人们担心的放射性问题实际上并不存在，一般人从大自然中每年至少要接受 大约100毫雷姆的辐射剂量，而核电站周围居民，从核电站接受的放射性剂 量每人每年仅1～2毫雷姆，对人体不存在什么危害。尽管如此，核电站在人 们心目中的形象，却是不怎么美好的。 1979年3月28日，美国的三里岛核电站，由于操作失误和设备失灵发 生了严重的事故。但是由于核反应堆的停堆系统、应急冷却系统和安全保护 壳等安全措施发挥了作用，并没有对环境和居民造成危害和伤亡。这恰恰说 明了，现代科技有能力防止核事故的发生。 1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站发生了严重的爆炸事故，致 使厂房破坏，巨量的放射性物质随着气浪抛向天空，向周围扩散蔓延，附近 的居民受到核辐射的伤害，有237人伤势严重，28人很快死亡，24人严重残 废。这使它成为当代能源史上的重大事件。 尽管事后的调查表明，切尔诺贝利灾难的发生，除设计上的原因外，主 要是由于管理混乱。可它对人们心理上的冲击还是巨大的，以至时隔6年半 之后，人们还将 “拂晓丸”称为“飘浮的切尔诺贝利”，为之惊惶失措。今 天，切尔诺贝利灾难已成了世界核安全研究的教科书，它提醒人们：在开发、 利用新能源的同时，千万别忽略了安全。 “热核反应”的探索 1927年的一个夏日，在德国的小城哥廷根的恩塔河畔浓郁的林荫下，奥
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古斯塔大学的两位学生——奥地利人豪特曼斯和英国人阿特金逊，正在讨论 一个问题：高悬在头顶上的太阳为什么亿万年来发光不息？ 其实，关于这个问题，早就有许多人探讨过。有人曾假设太阳是一只硕 大无比的煤炉，在它上面进行着燃烧的化学反应：碳和氧比合生成二氧化碳， 并放出热量。如果真是这样的话，整个太阳全部烧完也只能烧几千年。可是 根据天文学家估计，太阳的年龄已有50亿岁左右。显然，这种假设是站不住 脚的。 这两位大学生都是学原子物理的，这使他们能从一个崭新的角度去认识 太阳发光的老问题。他们认为，太阳中含有大量氢，还有不少氦，要解开太 阳能长期发光之谜，还要从这两种元素身上打主意。 太阳的表面温度有6000℃，在它的中心处，温度更高达2000万摄氏度； 太阳上的压力也高达80万大气压，连气体也被压缩成7倍于铅密度。两位大 学生认为，在这种情况下，氢、氦和其他较轻的元素的原子中的电子，早就 脱离了原子核的束缚，跑到原子外面去了。 赤裸裸的原子核在如此高的温度和压力下狂飞乱舞，彼此的碰撞势必十 分激烈。这些较轻的原子核通过碰撞，会聚合成较重的原子核，在这过程中， 发生质量亏损，即聚合成的中等质量的原子核质量稍小于参加聚合的两个轻 原子核的质量之和，这少掉的一点点质量转化成能量，以辐射的形式释放出 去。 这 “一点点”实在不能小看。 根据爱因斯坦关于质量能量转化的公式计算，这种能量大得惊人。 由于这种较轻原子核聚合成较重原子核的反应，是在高温条件下进行 的，两位大学生把它称为 “热核反应”，又称作“聚变反应”。他们认为， 正是这种热核反应，才使太阳发出经久不息的热量。 10年之后，由于原子核研究的飞速发展，他们的理论已经获得了公认。 1937年，已加入了美国籍的德国物理学家贝特提出，太阳上的热核反应是氢 聚合成氦。根据估计，太阳上的热核反应还能维持50亿年左右。 在太阳系的另外一个星球——地球上能不能发生这样的热核反应呢？ 在地球上能够产生聚变反应的较轻的元素有好多种，其中最主要的是氢 的同位素重氢。虽然重氢在氢元素中只占六千分之一，可地球上到处都有水 和空气，尤其是水中有大量的氢元素，因此，重氢并不缺乏。 尽管这样，地球不可能像太阳那样成为一个火球，因为聚变反应需要上 千万度的高温，地球上不可能有这样的高温。 德国物理学家、诺贝尔奖获得者尼恩斯特松了一口气： “可以说，我们 是生活在用火棉做成的岛上。但是，感谢上帝，我们现在还没有找到能够点 燃它的火柴。” 如果人类造出了这样一根火柴，情况又会怎么样呢？这个问题在 1942 年，被匈牙利物理学家特勒提了出来。 1942年的夏天，美国的 “原子弹之父”奥本海默组织了一个专门小组， 探索制造原子弹的各种途径。该小组在伯克利的加利福尼亚大学里进行讨 论，此时大学生正在进行休假或军训，因此，参加讨论的7名科学家实际上 占用了整个大学校园。 一次，特勒提出一个可怕的问题：当原子弹爆炸时，它的中心温度极高。 这么高的温度会不会使周围空气和水中包含的氢发生聚变反应？如果这种反
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应能发生，而且也是一种链式反应的话，那么，地球上的空气和水岂不是都 要发生聚变反应，把整个地球变成一个燃烧着的星球了吗？ 特勒的想法真是骇人听闻，震惊了科学精英们。 “不大可能吧？不过， 这问题得慎重研究一下。”于是，为慎重起见，特勒的想法被作为一个专门 问题，交给一些物理学家去研究。研究结果表明，这样的可能性是不存在的。 不过，此后在特勒的脑中却滋生了一个想法：利用原子弹爆炸所产生的 高温，制造一种 “热核炸弹”。在这里，原子弹将起一“火柴”的作用，不 过点燃的不是地球这个 “火棉岛”，而是一种威力比它更大的超级炸弹。 7年后，特勒开始将他的想法变成现实。1949年11月，在美国西部的小 城利弗莫尔，建立起了原子能委员会的热核实验室。特勒被任命为这个实验 室的主任，这使他日后获得了 “氢弹之父”的称呼。 新型氢弹试验 在浩瀚的太平洋西部，有着一个由1190个大大小小的珊瑚礁组成的链岛 ——马绍尔群岛。这不为人注目的群岛命运多舛，四度易主。而最后一次的 易主，使马绍尔群岛声名大振。 1952年 10月份，几千名美国科学家、工程师、机械师、陆海军官兵、 政府官员陆续来到了马绍尔群岛的恩托威克岛，他们不是到这些迷人的珊瑚 礁上来领略海风、接受阳光的，而是要来目睹一场毁灭生灵的试验——美国 的第一次氢弹试验将在这里进行。 在离恩托威克岛75公里的艾路基拉伯小岛上，建立了一座庞大的防护建 筑物。刚出世的 “麦克”——这是那颗氢弹的绰号，静静地躺在那里。这初 生的 “婴孩”重达62吨，非常笨重。实际上，它是由3种炸弹组合而成的。 235 外面是氢弹，填装的是热核炸药重氢；里面是原子弹，装的是核炸药铀 ； 还有一颗是装有TNT的普通炸弹。 爆炸时，先引爆普通炸弹，用以引发原子弹爆炸。当原子弹爆炸时，产 生几千万度的高温，这就引起重氢的聚变反应，造成氢弹爆炸。 11月1日清晨，“麦克”猛烈地爆炸了，所有不祥的预言也都应验了： 火球腾空升到了10000米的高空，巨大的火球直径达6500米。当火球刚刚消 失，巨大的蘑菇状烟云急速翻卷着直冲九霄的时候，在远处观察飞机上的科 学家发现艾路基拉伯岛消失了。岂止这样，以后的检查证明，在原来的小岛 位置的海下，形成了一个约2000米直径、50米深的大坑。爆炸的力量也很 快测算出来了，相当于约1000万吨TNT爆炸时的能量。这一数字是投在广岛 那颗原于弹的数百倍。这完全是出乎意料之外的。 默默无闻的马绍尔群岛一下子出了名，但人们被告知，请您在地图上永 远抹去艾路基拉伯岛。以后，它就只留在了人们的记忆中。 氢弹刚问世时，是一个令人望而生畏的巨物，连当时最巨型的轰炸机也 无法运载，这使它失去了实践意义。后来经过努力，才实现了氢弹的小型化。 1966年1月15日，美国的一架B-52战略轰炸机在西班牙上空与加油机相撞 坠毁，机载的4颗氢弹中，有1颗掉进海里，另3颗失落在山地上。一位农 民发现了一个外壳在燃烧的银白色雪茄形物体，不知它是什么东西，勇敢地 上去踹了几脚，用土将火盖灭了。事后他才知道，他踹的这个怪东西是一颗 当量为2000万吨TNT的氢弹！可是，虽说这东西的爆炸力比“麦克”要大上
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一倍，但仅有1270千克重，只是 “麦克”的1/50。 马绍尔群岛上空的蘑茹云消失后不过一年半，另一次氢弹试验又将开 始。这是颗新式的 “三级效应炸弹”，当量约2000万吨TNT。 炸掉艾路基拉伯岛的氢弹可以称为 “二级效应炸弹”，即最初是原子燃 料爆炸，再加上由它所引起的周围热核燃料的爆炸，这就能够大大地加强爆 炸的效应。如果这样的炸弹外面再加上一层原子燃料，则会再增加一级效应 而成为三级效应炸弹。这种 “裂变—聚变—裂变”型的炸弹可视作为一种改 进后的新型氢弹。 中国人有“后羿射日”的神话，说那时天上10个太阳一齐升起，照遍大 地的每一个角落，整个大地一片光亮，绝没有阴影。希腊人有“太阳神出巡” 的神话，说阿波罗驾着他的金马车出外时，金灿灿的光芒从天顶直射下来， 使人无法逼视。如果这些神话的作者能在公元1954年3月1日的马绍尔群岛 去看一看的话，就会感到自己的想象力是如何的贫乏了。 3月1日上午8时，已升到半空的太阳将灿烂的光芒洒向广漠的太平洋， 洒在马绍尔群岛比基尼珊瑚礁群上，使之蒙上了一层瑰丽的金色。 似乎是要与太阳媲美，比基尼上空腾升起了更为灿烂的火球。火球翻滚 直上数十公里的高空，发出的光芒压过了太阳光，俨然是一个人造太阳，不， 简直是一个比太阳亮上10000倍的人造太阳！ 新型氢弹试验那天，日本的 “幸福龙5号”正在邻近海域捕鱼。他们没 有接到任何警告。这不是试验者的疏忽，因为此地离爆炸地点有220公里之 遥，且处于天气预报中的上风位置。 “天有不测风云”，虽然天气预报反复验证过，但实际风向完全相反。 日本渔船上被覆盖了一层从晴朗的天空突然落下的“大雪”，船上的23名渔 民马上就感受到了这“大雪”的危害。等他们在3月14日回到自己的港口烧 津港时都已病倒并被痛苦折磨得奄奄一息。在被送到医院后，渔民才知道这 场突如其来的风雪实际上是放射性微尘的雨。 渔船报务员久保山在几个月后死去了，其他的渔民也将在以后的岁月中 一个个死去。继广岛之后，美国人又在日本人身上创造了一项第一——氢弹 的第一批牺牲者。 1961年10月30日，苏联在北冰洋的新地岛上进行了世界上最大的热核 试验，其爆炸威力相当于6000万吨TNT，它所产生的冲击波绕地球转了3圈。 还有更厉害的，苏联人还宣布他们已能生产1亿吨级的氢弹，它落地后能炸 出一个直径30公里的弹坑，使方圆60公里之内片瓦无存。好家伙，胆小的 人听了这话恐怕会吓得晕死过去。 取之不尽的 “海水燃料” 如果说原子弹是通过重核裂变形成较轻的原子核而释放出核能，那么氢 弹则是利用轻的原子核聚变，形成重核而释放出核能。核聚变反应释放出来 的能量要比核裂变的更大。 选择什么原料来进行核聚变反应，这一点目前已不成问题。我们知道， 原子核之间的静电斥力大小与它们所带电荷的乘积成正比，因此原子核的原 子序数愈小，将它们进行聚变时所需要的功能就愈小。所需的温度也就越低。 考虑到这一点，人们毫不犹豫地选中了氢为核聚变材料。氢有3种同位素， 人们发现，氘 （重氢）要比普通氢容易进行聚变；氚（超重氢）比氘更容易 进行聚变。在这种情况下，用氘和氚作为核燃料进行聚合反应是最容易实现
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的一种热核反应。 2 3 4 1 H+ H→ He+ n 1 1 2 0 氘 氚 氦 中子 人们之所以将核聚变炸弹叫做 “氢弹”，原因就在于这些炸弹中的核装 填原料都是氘和氚。 可惜的是，氢弹中的核聚变反应释放的巨大能量，是在几百万分之一秒 的瞬间发生的。 这样快速的能量释放，除了用于爆炸外，毫无其他用途。能不能像费米 当年控制核裂变反应那样，设计一种反应堆，使聚变反应的能量也可以一点 一点释放出来，而不是一下子释放出来呢？ -15 要想实现核聚变，首先必须使原子核之间的距离缩小到 10 米，就是 说，使原子核接近到核力能够发生作用的范围内。但是，由于原子核都带正 电，原子核之间存在着很大的静电斥力，要使它们接近到这种程度，就必须 让参加聚变反应的原子核先获得足够的动能，这才能克服其间的静电斥力， 使它们相互接近到可以发生反应的程度。 可是，要使这些很轻的原子核获得很大动能，就要施加极高的温度。1944 年，费米曾估算出，要使氘和氚的混合气体实施聚变反应，其点火温度至少 要达到五千万度，而如纯粹由氘来实现聚变反应，点火所需温度则高达四五 亿度。 在如此高的温度作用下，氘会被电离。原来在氘核外运转的电子已经完 全脱离了原子核的束缚，原来中性的氘，现在分离成了带正电和带负电的粒 子组成的特殊气体，人们把这样的东西叫“等离子体”。它是除气态、液态、 固态之外的物质的第四态。 那么，怎样防止这种处于“等离子体”状态的带电粒子四处飞散开来呢？ 人们利用带电粒子在磁场中运动时，会受到磁场力的作用而绕着磁感线作螺 旋式运动这一点，设计了一个特殊的磁瓶。它的轴向有一个强大的均匀磁场， 它的磁感线都与轴平行，带电粒子在这个磁场里运动时，都绕着磁感线沿螺 旋线形状的轨道运动，带正电的沿顺时针方向转，带负电的沿逆时针方向转。 由于带电粒子运动速度非常快，为防止它们从管子两端溜出来，人们又 在管子两端各加上一个线圈，使两端的磁场大大加强。带电粒子走到那里就 会被强大的磁场反射回来。这样，等离子体就被 “关”在磁瓶里了，以便按 需要进行核聚变反应。 怎样才能实现受控核聚变呢？科学家总结出需要3个条件：一是要把氖 和氖加热到上亿度的高温，使核聚变燃料呈等离子体状态，也就是说燃料全 部变成电离了的气体；二是等离子体粒子 （包括离子、电子和中性粒子）密 度达到每立方厘米100万亿个之多；三是能量约束时间，即将等离子体强行 “关押”在磁瓶中的时间超过1秒。有了这3个条件，点火后，只需补充少 量的，如1克的燃料，反应即可继续进行下去。 50年代以来，科学家们为创造这样的条件做了大量工作。1969年，苏联 使用 “托卡马克3号”环流器，把密度只有空气百万分之一的氖在几千万度 的高温下保持了0.01秒。别看这个时间很短，对核聚变反应来说，已经是相 当长了。1978年，美国普林斯顿大学等离子体物理实验室的大型环流器，用 注入高能中性粒子束的方法加热等离子体，大大提高了等离子体的温度，使 很多研究者受到极大的鼓舞。1984年9月，中国建在四川乐山的“中国环流
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器1号”实验装置顺利启动，也说明了中国对这一研究的关注。 1991年 11月9日，一条喜讯传到了世界各个实验室：这天，在英国牛 津附近的欧洲联合核聚变实验室，在人类历史上第一次实现了受控核聚变。 他们用的燃料是氘和氚的混合物，其中氘占84％，氚占14％。这次试验用环 形装置磁场约束等离子体的时间持续了 2秒钟，等离子体的温度已达 2.38 亿摄氏度，相当于太阳中心温度的20倍，产生了约1.7兆瓦的电能。 3年后，1993年12月10日，一条短短的消息，又使国际科学界欢欣鼓 舞：美国普林斯顿大学等离子体物理实验室的科学家从12月9日深夜至10 日下午的短短十几个小时内，连续两次打破了受控核聚变反应产生能量的世 界记录。美国科学家重复进行了4次实验，数据表明，第一和第四次实验产 生的电能分别达到了3兆瓦和5.6兆瓦。 中国权威的新闻机构新华社在播发这条消息时，还用了“两破核聚变能 量记录，和平利用核能大突破”的醒目标题。 虽然 “突破”不等于“完全胜利”，但受控核聚变终于显露出了希望的 曙光。已有人在迫不及待地扳指头算帐了：世界上所有的天然水里都有氘， 10 但用它来发生核聚变反应可放出的能量达10焦耳，竟和300升汽油燃烧产 生的能量相同！ 取之不尽的 “海水燃料”比核裂变更加可靠、污染危险小，可以使我们 这个世界变得更加洁净、明亮。 核电池的应用 在茫茫宇宙深处， “旅行者1号”、 “旅行者2号”飞船就像汪洋中两 条孤独的小船，悠悠飘荡。这两艘无人飞船是美国于1972年发射的星际探测 船，它们先后飞掠过木星、土星，于 1990年飞出太阳系，进入宇宙深处，继 续它们无尽头的旅行。据计算，到公元4000年时，“旅行者1号”将从鹿豹 座一颗恒星旁掠过；公元 3580年时， “旅行者2号”将接近到距天狼星仅 0.8亿光年处。 这两艘飞船的外表是个10棱柱体，顶部有一个直径为3.7米的圆形抛物 面天线，还有两根鞭状天线。在它们的舱内有一张直径为30.5厘米的镀金铜 唱片，它能在宇宙中保存10亿年。 这张唱片是一张向陌生的外星人作介绍的 “地球名片”，整张唱片可播 放约1.5个小时，除了开头一小段是美国总统卡特代表 “地球人”给“外星 人”的致词外，还有包括我国南方3种方言在内的60多种语言的问候词，还 有地球上的各种自然声响及包括中国古筝名曲 《高山流水》在内的一些世界 名曲。 目前宇宙载人航行通常采用氢-氧燃料电池为能源，它除了能得到需要的 电能外，还可以得到供人饮用的水，这对航天旅行来说，是一种宝贵的副产 品。但是，燃料电池的自重偏大，使用寿命相对短，不能想象它们可用上几 十、几百年。 航天器上采用比较多的能源还有太阳能电池。然而，当航天器运行到地 球背面，或在月球上漫长的黑夜（一个“月夜”相当于地球上的14个昼夜）， 或在向远离太阳的其他星球飞行中，太阳能电池根本就无法工作。 人毕竟是一种高度发达的、聪明的生灵。“旅行者号”飞船用的都是“核
