第三编 当代科学文化第九章 当代科学技术革命

1. 能源利用的新发展

在能源利用方面原子能的使用具有划时代的意义。原子能的使用是与战前原子核物理学的成就及战争期间对新式武器的研制相联系的。在原子核物理学的飞速发展中，1934 年意大利物理学家费米发现用中子轰击铀可造成核裂变，1938 年德国科学家哈恩等人继续中子轰击铀的试验，发现核裂变的链式反应。根据爱因斯坦质能关系式（E＝ｍc2），意味着伴随原子核的裂变或聚变将有大量的能量放出，引起一些科学家设想利用这种能量。第二次大战期间对原子能在军事上的实际应用加紧进行研究。1941 年 12 月，美国决定研制原子弹，组织了庞大的“曼哈顿工程”。1942 年，费米所领导的科学家实验小组在美国芝加哥大学造出了世界上第一座核反应堆，实现了利用石墨进行有控制的核链式反应，为人类利用原子能开辟了途径。1945 年美国制造原子弹成功。当年 8 月，美国空军把两颗原子弹投到了日本的广岛和长崎。战后，美苏两国在继续研制核武器的同时，也研究原子能的和平利用。1951 年美国建成一个小型增殖反应堆，首次用实验证明原子能可以发电。1954 年，苏联建成一座 5000 千瓦的轻水核电站。到 1985 年底为止，世界上已经

批准投入使用的核反应堆有 374 座，全世界核发电量约占世界总发电量的六分之一。核发电量比例最大的法国，1985 年发电量的 64.8％来自核电站。估计到本世纪末全世界将有一半以上的电站要靠原子能发电，这是一场新的能源革命。核动力作为一种新型能源，正在航空、航海、航天等各方面发挥着越来越大的作用。

核电站以铀为燃料，铀矿在陆地上分布很不平衡，易为少数国家垄断。但科学家发现，在海水中铀的储量约达 40 亿吨。1986 年，世界上第一座用海水提炼铀的工厂在日本投产，年产 10 吨铀，为利用海水中的铀迈出了第一步。

1952 年 11 月 1 日，美国爆炸了第一颗氢弹，这是原子核物理学的又一新突破，是目前已实现的人工热核反应。热核反应是在极高温度下轻原子核聚变的过程，并放出巨大的能量，所使用的原料是氘。氢弹爆炸成功后，科学家加紧研究可控制的热核反应，至今已有几种方法可使氘氚的等离子体增温至一亿摄氏度，但还没有找到一种理想的控制方法。有的采用托克马克环形装置进行等离子体的磁控制；还有的应用惯性控制，即用激光之类的脉冲能量来压缩和加热。这些都处于研究试验阶段，一旦研究成功，就能从海水中的重氢（氘）获得无限丰富的新能源——热核能。

除了核能外其它能源也迅速被开发利用，最突出的是石油。战后，在许

多领域中石油代替了煤的地位。石油的开采和消费量增长极快。到 70 年代

末，世界石油消耗量每年接近 230 亿桶，约占已探明储量 6700 亿桶的 3％。到下个世纪初，石油资源即将枯竭。第三世界产油国为了捍卫石油资源和主权，在 60 年代成立了石油输出国组织（欧佩克）。1973 年的“石油危机” 促使各国加紧研究可利用新的能源。

由于汽车要消耗大量石油，所以许多国家在研究汽车节能的同时，多方面研究代替石油的汽车燃料，巴西使用以甘蔗为原料的酒精代替汽油。1974 年巴西酒精在汽车燃料消费中占 1.2％，1980 年占 15.6％，1983 年已上升到 23.6％。美国则研究用玉米制酒精代替石油。此外，一些国家还研究从油料植物中提取汽车燃料。用氢气驱动汽车可消除污染，如何用水制取廉价的氢气，已成为科学家注意研究的项目。

在充分利用水力发电的同时，风力资源丰富的国家又重新研究设计新式风车，用来发电。仅美国加里福尼亚州到 1983 年底，各农场就安装了风力

发电机 4600 台，总发电能力达到 300 千瓦。

在海洋能的开发利用方面，除研究利用培植巨型海藻制取燃料外，主要是用海洋能发电，已取得成果的是波力（海浪）发电、潮汐发电。已提出方案的还有水流发电，即利用上层海水与深层海水的温差发电。近年又有科学家注意到江河与海水交界处淡水和咸水间渗透压力差所产生的能量，专家们称它为“盐能”，还有待于进一步研究。

太阳能除直接用于太阳灶、太阳能热水器、引入室内取暖、用光缆纤维将阳光引入巨大建筑物或地下建筑照明外，主要用于发电。目前利用太阳能发电大体有两种：一种是用太阳能将水加热成蒸汽，推动发电机发电；一种是用光电池将阳光转化成电能。1981 年至 1983 年，光电池的生产增加了近三倍，1983 年的发电量约 18000 千瓦，成本至少每五年减少一半。太阳能电池可用于航天器、电子计算机、灯塔、⋯⋯，并有人试验用于驱动汽车及轻型飞机。虽然太阳能发电目前成本较高，但发展仍很迅速。在欧洲共同体区域里，1985 年利用太阳能代替石油的数量为 100 万吨，予计 2000 年将达到

600 至 800 万吨。

地热通过温泉、间歇泉和火山散发出来，除直接用于房屋取暖、农用暖房供热、供应热水等以外，也用于发电。自 70 年代中期以来，地热能源的使用每年扩大 10％以上。1983 年，全世界已有 12 个国家 135 个试验性地热发电站，发电能力达 318 万千瓦以上，其中美国 128.4 万千瓦。以上海洋能、太阳能、地热能等再生能源的开发利用，都有巨大的潜力。

（伊智慧）