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科学智慧火花
科普书评

图书名称:《人造太阳》

主编:万宝年

出版社:浙江教育出版社

ISBN:ISBN  978-7-5536-6728-7

作者简介:万宝年,理学博士,研究员,博士生导师,中国科学院等离子体物理研究所所长,我国著名等离子体物理专家。长期从事等离子体诊断和实验研究,发表科技论文超50篇,在HT-7超导托卡马克物理实验中获系列重大成果。曾获安徽省科技进步一等奖、中科院科技进步奖二等奖等重大奖项。

内容简介:本书是中国大科学装置出版工程科普丛书的第二辑,是中国科学院组织实施‘高端科研资源科普化’计划的一个缩影,以广大读者能够理解的语言,将人类有史以来最伟大的科技工程——“人造太阳”展现给读者。本书介绍了“人造太阳”的基本原理、工程技术的难点、发展的历史和对前景的展望,特别着重介绍了我国“人造太阳”工程的起步、迅速发展和必将实现的美好未来。该书已获中国核科普奖二等奖。

书评人:张建成 中科院理化所退休研究员

正在我国冉冉升起的“人造太阳”

本书首先告诉我们,能源是人类社会发展的动力源泉,也是每个人日常工作、生活都须臾不能离开的重要产品。但是,被人们广泛使用的煤炭、石油、天然气等依靠太阳几十亿年来留给地球的化石能源正在日益枯竭,世界各国都已深深感受到了这一危机。那么,人类能源的出路在哪里呢?我们是否可能在地球上构筑“人造太阳”呢?

太阳是在46亿年前由星云演化形成的,人类当然不可能在太空再造一个新的太阳。但是,现代人类已认识了太阳发光、发热产生巨大能量的科学原理。本书深入浅出地告诉我们,太阳的能量来源于在高温(1500万摄氏度)及高密度条件下其内部不断发生的核聚变反应。核聚变反应产生的能量远大于核裂变的能量,这也就是氢弹爆炸力远大于原子弹的原因。

作者以通俗易懂的语言解释了“人造太阳”产能的基本原理,就是要在地球上实现持续、稳定、可控的核聚变反应,使之向人类提供无穷无尽的能源。为此,人类已探索、努力了几十年。

然而,核裂变不仅成就了大规模杀伤武器,核裂变释放出来的巨大能量同样可以造福于人类!关键在于掌控核裂变技术的人类将其引向何方!原子弹是魔鬼是真老虎,但和平利用核能却能造福于人类!不断发展的核科学技术为人类和平利用核能“保驾护航”,核辐射有对策,核安全有保障。

核能的科学和安全利用维系着人类最大的能源梦想。

核能是原子核反应过程中,通过原子核结构变化,释放的能量,而核反应有核裂变、核聚变和核衰变三种形式。和平利用核能就是要使核裂变和核聚变反应在可控状态下进行,受控热核反应将为人类提供巨大的清洁能源。目前,人类已经成功利用可控裂变反应建立了许多的热核电站,人类还正在研发利用可控核聚变建立“人造小太阳”。此外,利用放射性核衰变反应的核辐射与物质相互作用所产生的物理效应、化学效应或生物效应,对加工物质进行处理以达到不同的预期目标的核辐射加工技术,早已渗透到经济建设和人类生活、医疗健康的诸多领域或层面,为人类带来了巨大的福祉。

如果你想深入了解原子弹为什么是恶魔,人类又将如何降伏这一恶魔,和平利用核能为人类造福,那就来阅读一下新近出版的中科院21世纪科普丛书之《核能将给人类带来福还是祸》吧,它将向你简明扼要但又系统地讲述这一切,必定让你开卷有益!

福建少儿出版社2017年出版的中科院21世纪科普丛书之《核能将给人类带来福还是祸》一书,向读者展示了核能利用的历史、现在与未来,主编党连凯和阮祖启等科学家将原子弹的“前世今生”、核能的和平利用造福人类的美好前景以及对核辐射的安全防护,用细腻的笔触娓娓道来,给读者呈现出一幅幅精彩的画卷,读者入此胜境将会对原子弹这一魔鬼,由恐惧到和平利用核能造福人类的豁然开朗。

《核能将给人类带来福还是祸》全书分九个章节:一、惊天地泣鬼神的空难事故,二、原子弹是真老虎,三、原子能的魔盒已打开,四、中国核科学的巨人,五、核辐射的危害与对策,六、核事故与核安全,七、降伏核老虎(受控核裂变发电站的开发),八、人造小太阳(受控核聚变新能源的探索),九、精彩纷呈的民用核科学技术。

阅读该书,不仅对原子弹这一魔鬼会有真切的感触,详细了解到原子弹和核科学的研究的历史与现状,还能启发对核能和平利用、新能源开发的未来图景展开充分且有益的想象。

早在1957年,英国科学家劳森(Lawson)就根据计算提出,当核聚变燃料的温度、密度与约束时间三者的乘积大于一个特定数值时,核聚变反应就能够发生,这被称为劳森判据。这就从理论上提出了“人造太阳”实现的可能,并指出了努力的方向。

提高温度、提高核密度和延长控制原子核的时间(即约束时间)都可以提高发生核聚变反应的几率。但是,实际上只有使原子核克服核斥力、尽量接近并保持高温与高密度足够长的时间才可能发生稳定的核聚变反应,以产生可供实用的巨大能量。道理简单明确,但要真正实现却真是难于上青天。20世纪60年代,人类已经步入太空,但“人造太阳”的实用化可能还需要几十年。

现在,世界各国普遍认为,苏联科学家在20世纪50年代提出并建造的托卡马克装置是最有希望率先实现磁约束受控核聚变实用化的装置。

20世纪70年代以后,苏、美、欧、日都建成了自己的托卡马克装置,并取得了可喜的结果。美国获得了5亿摄氏度的超高温,欧盟、日本实现了功率增益因子(输出与输入功率之比)大于1.25。

我国的受控热核聚变研究起步于1972年,1990年苏联将其原有的T-7托卡马克装置赠送给了我国,这使我国的人造太阳工程进展大大加快。我国很快将T-7改造成为超导托卡马克,使我国成为继俄、法、日之后第4个拥有超导托卡马克装置的国家。我国并在2006年在全球率先建成第一个全超导托卡马克装置,开始引领人造太阳工程的潮流。

2003年我国正式加入中国、欧盟、日本、韩国、俄罗斯、美国和印度7方共建的ITER(国际热核实验堆工程),这是受控热核聚变研究走向实际应用的关键一步。此前,我国就已开始了自己的“东方超环”(EAST,实验先进超导托卡马克)工程建设。2005年完成总装的东方超环是世界上首台全超导非圆截面托卡马克装置。2017年7月我国的东方超环实现了稳定的101.2秒长脉冲高约束等离子体运行,成为世界上第一个实现稳态高约束模式运行时间达到百秒量级的托卡马克核聚变装置。

由于7方共建的ITER工程也还是座实验堆,我国也提出了解决相关工程技术问题研究的本国计划,这被称为CFTER计划。我国不久将开始建造20万—100万千瓦的聚变工程实验堆,预计本世纪中叶我国的“人造太阳”将可以开始为人类提供持续、稳定、可控和实用化的热核聚变反应能量。

伟大的“人造太阳”工程还有很长的路,青少年朋友们,尽快翻开本书,了解相关知识,早日励志为此贡献力量吧!