第八章 核技术
第一节21世纪的能源——核能
核聚变——人类未来能源的希望
人类自１９７３年以来，共向地球索取了5 000亿桶（约合８００亿吨）石油，剩
下的石油按现有生产水平匡算，还可保证开采４４年。天然气也只能持续开采５６年，一些
国家的煤炭资源已采掘殆尽。
矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”，而且大约在２００年之内，石油、煤和天然
气资源都有枯竭之虞。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将
从“石油文明”走向“核能文明”。
世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无
论是分裂或合成，都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子，就叫核聚变，太阳就是依
此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的，目前的核电站也是利用
核裂变而发电。
核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，
不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且贴害千年的废料也很难处理；核聚变的辐射则少得多
，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。
核聚变要在近亿度高温条件下进行，地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变
原理造出来的氢弹，就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热，来触发核聚变起燃器，
氢弹得以爆炸。但是，用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸，却不适用于核聚变发电，因
为电厂不需要一次惊人的爆炸力，而需要缓缓释放的电能。
激光技术的发展，使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前，世界上最大激光输
出功率达１００万亿瓦，足以“点燃”核聚变。除激光外，利用
超高额微波加热法，也可达到“点火”温度。世界上不少国家都在积极研究受控热核反应的
理论和技术，美国、俄罗斯、日本和西欧国家的研究已经取得了可喜的进展。
１９９１年１１月９日１７时２１分，物理学家们用欧洲联合环形聚变反应堆在１８
秒钟里再造了“太阳”，首次实现了核聚变反应，温度高达２×108℃，为太阳内部温度
的１０倍，产生了近２兆瓦的电能，从而使人类多年来对于获得充足而无污染的核能的科学
梦想，向现实大大靠近了一步。
我国自行研制的最大的受控核聚变实验装置“中国环流器一号”，已在四川省乐山地区建成
，并于１９８４年９月顺利启动，它标志着我国研究受控核聚变的实验手段，又有了新的发
展和提高，并将为人类探求新能源事业做出贡献。美中两国科学家分别于１９９３年和１９
９４年在这个领域的研究和实验中取得新成果。
目前，美、英、俄、德、法、日等国都在竞相开发核聚变发电厂，科学家们估计，到２
０２５年以后，核聚变发电厂才有可能投入商业运营。２０５０年前后，受控核聚变发电将
广泛造福人类。
核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体３Ｈｅ（氦－３），氘和氚在地球上蕴
藏极其丰富，据测，每１升海水中含３０毫克氘，而３０毫克氘聚变产生的能量相当于３０
０升汽油，这就是说，１升海水可产生相当于３００升汽油的能量。一座１００万千瓦的核
聚变电站，每年耗氘量只需３０４千克。
氘的发热量相当于同等煤的2 000万倍，天然存在于海水中的氘有４５亿吨，把海水
通过核聚变转化为能源，按目前世界能源消耗水平，可供人类用上亿年。锂是核聚变实现纯
氘反应的过渡性辅助“燃料”，地球上的锂足够用１万年～２万年，我国羌塘高原锂矿储量
占世界的一半。
科学家们发现，以３Ｈｅ为燃料的核聚变反应比氘氚聚变更清洁，效益更高，而且与放
射性的氘氚不同的是，３Ｈｅ是一种惰性气体，操作安全。获得过诺贝尔奖金的科学家博格
、美国总统军备控制顾问保罗·尼采１９９１年曾撰文说，没有其他能源能像３Ｈｅ那样几
乎无污染。
１９８６年起美国威斯康星州的麦迪逊就成了３Ｈｅ研究中心。只要从月球上运回２５吨３
Ｈｅ，就可满足美国大约一年的能源需要。目前，全球每年的能源消费大约1 000万兆瓦，
按联合国１９９０年公布的数字，到２０５０年时将会猛增至３ ０００万兆瓦，每年
从月球上开采１ ５００吨３Ｈｅ，就能满足世界范围内对能源的需求。
按上述开采量推算，月球上的３Ｈｅ至少可供地球上使用７００年。但木星和土星上的
３Ｈｅ几乎是取之不尽，用之不竭的。综上所述，可以看出，核聚变为人类摆脱能源危机展
现了美好的前景。
核能的应用
如果说２０世纪的伟大科技成果之一，是人们打开了核物理的大门的话，那么，可
以预计，２１世纪将是核能与核技术全方位应用的新时代。
21世纪一旦核聚变能被利用起来，将会使人类彻底摆脱能源危机。我们设想，到那时，廉价
的能源将使２１世纪成为一个能量富足的时代，可生产出更丰富更新型的产品，而成本更为
低廉。例如，可以从海洋中提取更多有用的元素，像金和铂。利用金和铂耐腐蚀的优良特性
，来制造耐腐蚀的储槽、阀门、管道等，可延长其使用寿命而不用频繁更换。
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
过管道将它们输送到水源短缺的地方，实施庞大的灌溉计划，改造农田。生产过程中产生的
热量还可以送入城市，用于取暖或作为热源。核能除了发电之外，还可以用于炼钢，推动动
力机械，海水淡化处理，建筑物供热采暖，空调制冷及热水供应等。
低温核供热反应堆是一种既清洁、经济又安全的理想新热源。建设一座２０万ｋＷ的供热堆
，每年消耗核燃料二氧化铀仅1吨，它可以为５００万平方米的建筑物供暖。利用核能还可
以对海水进行淡化处理，以解决缺水问题。
中子照相已成为一种新的无损检验方法，它可以弥补Ｘ射线和γ射线照相不足之处，进行一
些它们鞭长莫及的工作。如可以检验飞机、航天器、火箭等装置内部零件的结构状况和质量
，文物的内部无损检验等。
可以预计，21世纪是核能与核技术在医学中广泛应用，并取得重大发展的时代。除了现有的
核医学诊断治疗技术之外，中子治疗癌症是比较有前途的方法之一。这是因为许多癌组织对
硼有较好的吸收效果，同时硼又有吸收中子的能力，在它被癌组织吸收后，经中子辐照，硼
－10会变成锂－7，并放出α粒子，α粒子的射线能量转移较高，可以更有效地杀死癌细胞
。
核能还可作为宇宙飞船的动力，到那时，人们可以到其他星系去旅游。２１世纪，人们可以
对“老天爷”——天气发号施令。人类将充分利用核能与大自然抗衡。到那时，不会因天气
情况影响飞机的起降，没有飞机会因机场封冻不能着陆，因为我们可设法在飞机水泥跑道下
面安装蒸气管道。
不难预料，未来的时代将是科学技术日新月异的时代，是人类学会和自然和谐相处的时
代，是经济和文明继续高速发展的时代，也是核能与核技术全方位应用的新时代。未来的核
能时代将成为人类历史上最光彩夺目、最美好的时代。