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1、2021-4-18 1 主 講 教 師 ：Email: 姚 麗于 濤張 映 輝陳 寶 玖 等段 萍 2021-4-18 2 物 理 學 ： 是 探 討 物 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 和 運 動 基 本 規(guī) 律 的 學 科 。主 要 物 理 專 業(yè) 主 干 課 ：普 通 物 理 ： 力 學 、 熱 學 、 電 磁 學 、 光 學 、 原 子 物 理 學理 論 物 理 ： 理 論 力 學 、 統(tǒng) 計 物 理 學 、 電 動 力 學 、 量 子 力 學 （ 四 大 力 學 ）物 理 教 育 是 培 養(yǎng) 學 生 科 學 素 質(zhì) 最 有 效 的 手 段 ，特 別 在 理 工 科 人 才 培 養(yǎng) 中 作 用 巨 大 （

2、 分 支 出 生 物 、 化 學 等 ）社 會 需 要 兩 類 物 理 為 才 ： 埪 礎(chǔ) 型 與 應 用 型 應 用 型 人 才 的 需 求 量 更 大 2021-4-18 3純 物 理 型 人 才 培 養(yǎng) 目 標與 研 究 生 教 育 有 機 銜 接 ， 各 校 物 理 系 人 才 培 養(yǎng) 基 地 的 建 設 。物 理 應 用 型 人 才 培 養(yǎng) 目 標是 培 養(yǎng) 有 寬 厚 學 科 基 礎(chǔ) ， 具 有 原 始 創(chuàng) 新 能 力 的 優(yōu) 秀 人 才 （ 21世紀 國 家 經(jīng) 濟 、 國 防 、 科 技 需 要 ） 我 國 高 校 本 科 物 理 教 育 兩 個 任 務 ： （ 國 家 教 指

3、 委 ）1、 培 養(yǎng) 一 批 數(shù) 理 基 礎(chǔ) 扎 實 具 有 創(chuàng) 造 意 識 和 動 手 能 力 ， 獻 身 于 基 礎(chǔ) 科 學 研 究 與 教 學 的 純 物 理 型 人 才 。2、 培 養(yǎng) 一 大 批 具 有 堅 實 理 論 基 礎(chǔ) 、 動 手 能 力 強 、 善 于 從 實 際 應 用 中 提 出 物 理 問 題 并 解 決 實 際 問 題 的 應 用 型 人 才 。 （ 23位 “ 兩 彈 一 星 ” 元 勛 16位 物 理 ） 2021-4-18 4 二 、 物 理 學 史 的 分 期1.古 代 物 理 學 時 期 -科 學 的 萌 芽 期時 間 ： 從 遠 古 到 16世 紀 中

4、葉 。 特 點 ： 主 要 是 對 自 然 現(xiàn) 象 的 觀 察 和 記 載 。 這 一 時 期 ， 自 然 科學 與 哲 學 融 合 在 一 起 ， 對 自 然 現(xiàn) 象 的 解 釋 往 往 是 哲 理 性 的 。 文 化 中 心 ： 古 希 臘 和 古 代 中 國 。2.經(jīng) 典 物 理 學 時 期時 間 ： 從 16世 紀 中 葉 到 19世 紀 末 。 15世 紀 末 ， 資 本 主 義 開 始萌 芽 ， 社 會 生 產(chǎn) 力 得 到 發(fā) 展 ， 有 力 地 推 動 了 科 學 的 進 程 。 16世 紀 中 葉 ， 哥 白 尼 提 出 “ 日 心 說 ” 。 17世 紀 晚 期 ， 牛 頓

5、建 立了 經(jīng) 典 力 學 體 系 ， 標 志 著 近 代 物 理 學 的 誕 生 。 之 后 ， 經(jīng) 典 熱力 學 、 電 磁 學 相 繼 建 立 。 到 19世 紀 末 ， 形 成 了 比 較 完 整 的 經(jīng)典 物 理 學 體 系 。 2021-4-18 5 3.現(xiàn) 代 物 理 學 時 期時 間 ： 從 19世 紀 末 到 現(xiàn) 在 是 現(xiàn) 代 物 理 學 時 期 。 19世紀 末 一 系 列 實 驗 新 事 實 的 發(fā) 現(xiàn) ， 使 經(jīng) 典 物 理 學 理 論出 現(xiàn) 了 不 可 克 服 的 危 機 ， 從 而 導 致 了 物 理 學 革 命 ；標 志 ： 相 對 論 、 量 子 力 學 的 相

6、 繼 建 立 ， 標 志 著 現(xiàn) 代物 理 學 的 誕 生 。 20世 紀 50年 代 以 后 ， 物 理 學 已 經(jīng) 發(fā) 展 成 為 一 個相 當 龐 大 的 學 科 群 ， 包 括 高 能 物 理 （ 粒 子 物 理 ） 、原 子 核 物 理 、 等 離 子 體 物 理 、 凝 聚 態(tài) 物 理 、 計 算 物理 和 理 論 物 理 等 主 體 學 科 以 及 難 以 計 數(shù) 的 分 支 學 科 。物 理 學 與 各 學 科 之 間 相 互 交 叉 、 相 互 滲 透 形 成 了 眾多 很 有 發(fā) 展 前 途 的 交 叉 科 學 。 2021-4-18 6 2000年 美 國 工 程 院 選

7、 擇 了 二 十 項 二 十 世 紀 最 偉 大 的 工 程 1、 電 氣 化 *、 汽 車 *、 飛 機 *、 自 來 水 系 統(tǒng) 、 微 電 子 *、 無 線 電 廣 播 和 電 視 * 2、 農(nóng) 業(yè) 機 械 化 *、 計 算 機 *、 電 話 *、 空 調(diào) 和 冰 箱 *、 高 速 公 路 、 衛(wèi) 星 *、 因 特 網(wǎng) *、 攝 影 *。 3、 家 用 電 器 *， 醫(yī) 療 技 術(shù) *， 石 油 和 石 油 化 工 ， 激 光 和 光 纖 *， 核 技 術(shù) *， 高 性 能 材 料 *， 三 、 21世 紀 物 理 學 的 作 用物 理 學 是 先 進 生 產(chǎn) 力 的 開 拓 者 202

8、1-4-18 7原 因1、 物 理 學 研 究 對 象 十 分 廣 泛 且 發(fā) 展 迅 速 ；2、 物 理 學 家 的 貢 獻 。 2021-4-18 81m 10-2010-1510-1010-5 101510510101025 1020W+粒 子微 觀 介 觀 宏 觀 宇 觀山 太 陽 系地 球星 系 團星 系原 子原 子 核 DNA 人物 理 學 研 究 對 象 ： 1、 從 虛 無 到 無 所 不 有2、 從 簡 單 到 復 雜 2021-4-18 9生物 物理 化學 自 然 法 則應用數(shù)學 人類理解 美學 機 械 控 制 熱 力 學流 體化 學 工 程生 物 化 學 工 程放 射 學

9、應 用 生 物 學結(jié) 構(gòu) 學土 力 學建 筑 學 機 械 原 理 核 能電 學電 力 機 械人 類 利 益電氣工程土 木 工 程醫(yī) 學 機械工程化 工知識之樹 2021-4-18 10 1926年 第 一 次 電 視 圖 像 的 傳 輸1928年 第 一 次 完 成 跨 大 西 洋 的 圖 像 無 線 的 傳 輸1938年 發(fā) 現(xiàn) 硒 在 光 照 下 變 成 良 導 體 ， 造 成 第 一 臺 復 印 機1936年 發(fā) 明 了 磁 帶 錄 音1937年 發(fā) 明 了 雷 達1939年 開 始 調(diào) 頻 廣 播1949年 用 X光 分 析 了 盤 尼 西 林 的 晶 體 結(jié) 構(gòu)1958年 超 聲 技

10、 術(shù) 開 始 在 醫(yī) 療 中 間 應 用1967年 家 用 微 波 爐 上 市 。1895年 馬 可 尼 、 波 波 夫 發(fā) 明 無 線 電19世 紀 的 物 理 學 把 20世 紀 的 人 類 社 會 帶 進 了 電 氣 化 時 代物 理 學 的 迅 速 發(fā) 展 ： 2021-4-18 11 20世 紀 的 科 技 文 明 主 要 來 自 相 對 論 和 量 子 力 學 發(fā) 展19世 紀 末 實 驗 物 理 上 的 三 大 發(fā) 現(xiàn) ：1895年 ， 倫 琴 發(fā) 現(xiàn) 的 X射 線1896年 ， 貝 克 勒 爾 發(fā) 現(xiàn) 天 然 放 射 性 -鈾1897年 ， 湯 姆 遜 發(fā) 現(xiàn) 了 電 子19世

11、 紀 末 物 理 學 天 空 上 存 在 著 兩 朵 烏 云主 要 成 果 麥 克 爾 遜 -莫 雷 實 驗黑 體 輻 射 -光 電 效 應相 對 論 量 子 力 學 狹 義 相 對 論廣 義 相 對 論（ 包 括 量 子 論 ）1.“ 以 太 ” 不 在 相 對論2.紫 處 災 難 量 子 論 2021-4-18 12 相 對 論狹 義 相 對 論 廣 義 相 對 論 量 子 力 學 （ 包 括 量 子 論 ）2E mc核 能 、核 技 術(shù) 航 空 、 航 天宇 宙 學 愛 因 斯 坦 受 激 輻射 理 論 （ 1917）現(xiàn) 代 光 學激 光 技 術(shù)信息技術(shù) 生物技術(shù) 納米技術(shù) 新材料科學2

12、0世 紀 的 高 新 技 術(shù) 與 物 理 學最 有 競 爭 力 的 新 技 術(shù) 來 源 于 基 礎(chǔ) 研 究 的 實 驗 室 ！物 理 學 與 計 算 機物 理 學 與 經(jīng) 濟 學 2021-4-18 13 物 理 學 發(fā) 展 著 未 來 技 術(shù) 進 步 所 需 的 基 本 知 識 ， 而 技 術(shù)進 步 將 持 續(xù) 驅(qū) 動 著 世 界 經(jīng) 濟 發(fā) 動 機 的 運 轉(zhuǎn) ； 物 理 學 有 助 于技 術(shù) 的 基 本 建 設 ， 它 為 科 學 進 步 和 發(fā) 明 的 利 用 提 供 所 需 訓練 有 素 的 人 才 。 1999年 美 國 亞 特 蘭 大 國 際 物 理 聯(lián) 合 會 第 23屆 代

13、表 大會 上 ， 通 過 決 議 指 出 “ 物 理 對 社 會 的 重 要 性 ” ： 2021-4-18 14 1905年 ， 愛 因 斯 坦 ， 25歲 ， 創(chuàng) 立 了 狹 義 相 對 論1912年 ， 波 爾 ， 27歲 ， 從 普 朗 克 的 量 子 解 釋 發(fā) 展 成 量 子 論19251926年 ， 薛 定 諤 ， 37歲 ， 海 森 伯 ， 24歲 ， 費 米 ， 25歲 ， 泡 利 ， 25歲 ， 為 量 子 力 學 和 量 子 統(tǒng) 計的 發(fā) 展 做 出 過 貢 獻1927年 ， 狄 拉 克 ， 27歲 ， 完 成 了 相 對 論 性 量 子 力 學1935年 ， 湯 川 秀

14、 樹 ， 28歲 ， 創(chuàng) 立 了 介 子 理 論 ， 建 立 了 核 力 基 礎(chǔ) 理 論1942年 ， 費 米 ， 41歲 ， 建 成 第 一 個 反 應 堆人 才 出 自 青 年 2021-4-18 15 1956年 ， 李 政 道 ， 29歲 ， 楊 振 寧 ， 34歲 ， 提 出 了 弱 相 互 作 用 中宇 稱 不 守 恒 理 論1957年 ， 吳 健 雄 ， 44歲 ， 完 成 了 宇 稱 不 守 恒 的 實 驗1964年 ， 蓋 爾 曼 ， 35歲 ， 建 立 了 夸 克 理 論1961年 ， 格 拉 肖 ， 29歲 ，1967年 ， 溫 伯 格 ， 34歲 ， 完 成 了 統(tǒng) 一

15、電 磁 作 用 和 弱 作 用19721973年 ， 特 豪 夫 特 ， 26歲 ， 泡 利 策 ， 28歲 ， 建 立 了量 子 色 動 力 學1955年 ， 克 里 克 ， 39歲 ， 沃 森 ， 27歲 ， 發(fā) 現(xiàn) 了 DNA的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu)19451947年 ， 朝 永 振 一 郎 ， 39歲 ， 薛 文 格 ， 29歲 ， 費 曼 ， 29歲 ， 完 成 了 電 動 力 學的 理 論 基 礎(chǔ) 2021-4-18 16 四 、 物 理 學 家 的 “ 自 然 哲 學 思 想 ”牛 頓 的 自 然 哲 學 思 想 的 推 理 法 則 ， 可 理 解 為 四 條 ：簡 單 性 原 理

16、 ， 因 果 性 原 理 ， 統(tǒng) 一 性 原 理 和 真 理 性 原 理 。統(tǒng) 一 性 原 理 量 重 要 的 一 條 ， 也 是 自 然 哲 學 思 想 的 根 本 所 在 。 統(tǒng) 一 性 原理 就 是 承 認 世 界 具 有 共 同 的 物 質(zhì) 性 。 (牛 頓 的 天 上 地 上 統(tǒng) 一 ，法 拉 第 的 電 磁 統(tǒng) 一 ， 麥 克 斯 韋 的 電 磁 與 光 統(tǒng) 一 ， 愛 因 斯 坦 的 光的 粒 子 性 和 波 動 性 統(tǒng) 一 ， 玻 爾 把 量 子 化 、 原 子 結(jié) 構(gòu) 和 光 譜 實 驗巧 妙 地 結(jié) 合 了 起 來 ， 德 布 羅 意 )薛 定 諤 對 生 命 科 學 做

17、出 重 大 貢 獻 的 指 導 思 想 “ 科 學 一 定 是 統(tǒng) 一 的 ， 相 通 的 ” 。 在 生 命 是 什 么 一 書 中 ， 對 生 命 組 織 和 無 機 界 作 了 廣泛 的 類 比 ， 如 基 因 分 子 與 固 體 的 類 比 ， 基 因 中 的 遺 傳 信 息 與電 報 中 的 密 碼 類 比 等 。 2021-4-18 17 五 、 21世 紀 物 理 前 景 當 代 科 學 重 大 問 題 為 什 么 要 相 信 “ 對 稱 ” 生 活 的 世 界 充 滿 了 不 對 稱 。 這 個 矛 盾 怎 么 理 解 ？ 基 本 粒 子 中 有 6種 輕 子 、 6種 夸 克

18、 ， 為 什 么 夸 克 不 能 單 獨 存 在 ？ 宇 宙 中 23%的 物 質(zhì) 為 暗 物 質(zhì) ， 73%是 暗 能 量 ， 它 的 存 在 有 什 么 根 據(jù) ？ 類 星 體 發(fā) 出 的 能 量 是 太 陽 的 10 15 1016倍 ， 它 如 此 巨 大 的 能 量 從 哪 里 來 ? 2021-4-18 18 六 、 中 國 科 技 的 進 步G avin Menzies, “1421-The year China discovered America”(William Morrow, H arper Collins Publisher,2002) 2021-4-18 19 首 批

19、 中 國 物 理 學 博 士 2021-4-18 20 中 國 科 技 的 進 步 2021-4-18 21 中 國 科 技 的 進 步 2021-4-18 22 楊 振 寧 李 政 道 丁 肇 中朱 棣 文 崔 琦 20年 內(nèi) 中 國 將 問 鼎 諾 貝 爾 獎 2021-4-18 23 七 、 科 學 計 算 與 理 論 、 實 驗 三 足 鼎 立 2004年 諾 貝 爾 物 理 學 獎 獲 得 者 David Gross 教授 在 “ The Future of Physics” 的 報 告 中 將計 算 物 理 列 為 物 理 學 面 臨 的 25個 問 題 之 一 定 量 計 算 越

20、 來 越 重 要 ， 計 算 機 能 否 代 替 解 析 技術(shù) ？ 應 該 如 何 調(diào) 整 對 物 理 學 家 的 訓 練 ？ 計 算 機何 時 能 成 為 有 創(chuàng) 造 力 的 物 理 學 家 ？ 2021-4-18 24 物 理 研 究 結(jié) 論 與 應 用 2021-4-18 25 物 理 研 究 物 理 學 習三 足 鼎 立 三 缺 一設 備 :儀 器方 法 :數(shù) 學 理 論 設 備 :計 算 機方 法 :計 算 模 擬 計 算物 理課 ?多 層 次 教 學多 層 次 教 學“ 對 稱 性 ” 破 缺 ？ 2021-4-18 26 計 算 物 理 是 綜 合 訓 練 ：包 括 建 模 ，

21、算 法 ， 編 程 ， 物 理 解 釋 。 2021-4-18 27 函 數(shù) 導 數(shù) 定 積 分 常 微 分 方 程 偏 微 分 方 程 傅 里 葉 變 換 擬 合 ， 插 值 差 分 公 式 （ 前 差 ， 后 差 ， 平 均 公 式 ）矩 形 公 式 ， 梯 形 公 式 ， 辛 普 生 公 式 ，高 斯 積 分 初 值 問 題 ， 邊 值 問 題 ， 本 征 值 問 題 （ 打 靶 法 ）松 馳 法 ， 差 分 法 ， 譜 分 析 法 ， 有 限 元 法離 散 數(shù) 據(jù) 傅 里 葉 變 換 2021-4-18 28 計 算 物 理 我 國 基 礎(chǔ) 物 理 教 育 的 短 板 ？ 1.沒 有

22、建 立 分 層 次 的 教 學 體 系 理 論 ： 普 通 物 理 -理 論 物 理 -研 究 生 教 育 實 驗 ： 普 物 實 驗 -近 代 實 驗 -研 究 生 教 育 計 算 物 理 ？2. 眾 多 師 生 缺 乏 運 用 計 算 物 理 的 能 力 2021-4-18 29 百 萬 億 次 超 級 計 算 機 “ 曙 光 5000” 2008年 08月 29日 新 華 網(wǎng)千 萬 億 次 超 級 計 算 機 “ 天 河 一 號 ” 2009年 10月 29日 人 民 網(wǎng) 我 國 成 為 繼 美 國 之 后 世 界 上 第 二 個 能 夠 研 制 千 萬 億 次超 級 計 算 機 國 家

23、 。 天 河 一 號 在 TOP100中 名 列 第 五 。 高 科 技 與 尖 端 設 備 需 要 高 水 平 人 才 ! 2021-4-18 30 圓 環(huán) 電 流 的 磁 場實 驗 數(shù) 值 積 分 (用 畢 -沙 定 律 ,清 華 學 生 做 ) 2021-4-18 31 用 勒 讓 德 函 數(shù) 表 示 2021-4-18 32 畢 -奧 定 律 直 接 積 分 ， 用 橢 圓 函 數(shù) 表 示 2021-4-18 33 2021-4-18 34 2021-4-18 35 2021-4-18 36 2021-4-18 37低 溫 超 導 2021-4-18 38 2021-4-18 39超

24、導 體 (線 ) 2021-4-18 40中 子 的 三 個 夸 克晶 體 超 聲 波 型 2021-4-18 41超 聲 檢 胎 2021-4-18 42高 速 攝 影 2021-4-18 43紅 外 線 超 聲 2021-4-18 44 物 理 學 是 能 源 科 學 的 基 礎(chǔ) 第 七 講 2021-4-18 45 一 、 物 理 學 與 能 源 人 類 能 源 利 用 史 四 個 重 要 發(fā) 展 階 段 :1、 火 的 使 用 ，2、 蒸 汽 機 的 發(fā) 明 和 利 用 (18世 紀 初 )，3、 電 能 的 使 用 (19世 紀 初 )4、 原 子 能 的 利 用 (20世 紀 下

25、半 葉 )后 三 個 階 段 與 物 理 學 的 發(fā) 展 緊 密 聯(lián) 系 .正 是 物 理 學 的 發(fā) 展 為 能 源 科 學 的 發(fā) 展 和 能 源 的 利 用提 供 了 理 論 基 礎(chǔ) 和 實 驗 基 礎(chǔ) 。 2021-4-18 46 目 前 人 類 開 發(fā) 利 用 的 主 要 能 源 如 石 油 、 煤 、 天 然 氣 和鈾 等 均 為 非 再 生 能 源 ， 越 來 越 少 ， 面 臨 “ 能 源 危 機 ” 。當 前 能 源 革 命 的 兩 大 重 點 是 開 發(fā) 新 能 源 和 提 高 能 源 的 利用 效 率 。 能 源 危 機 和 新 能 源物 理 學 從 理 論 和 實 驗

26、兩 個 方 面 ， 為 新 能 源 開 發(fā) 、 利 用提 供 新 的 途 徑 和 方 法 ， 如 核 電 站 、 太 陽 能 、 地 熱 能海 洋 能 、 風 能 的 利 用 以 及 可 控 熱 核 聚 變 的 研 究 等 等 。 2021-4-18 47 人 類 面 臨 三 大 難 題 ： 能 源 短 缺 、 人 口 膨 脹 、 環(huán) 境 污 染森 林 每 年 消 亡 1600萬 公 頃 ， 近 乎 一 個 英 國 或 半 個 德 國 的 面 積 。 1900年 人 口 10億 ， 現(xiàn) 在 已 達 到 60多 億2008年 能 源 結(jié) 構(gòu) ：石 油 40 ， 煤 26 ， 天 然 氣 24 ，

27、 其 它 10全 世 界 的 能 源 消 耗 ： 石 油 可 用 50年 天 然 氣 70年 煤 炭 能 用 300年 普 通 核 裂 變 鈾 -235不 足 一 百 年 呵 護 地 球 家 園 2021-4-18 48 二 、 能 源 概 況第 一 類 ： 來 自 地 球 外 天 體 的 能 量 第 二 類 ： 地 球 本 身 蘊 藏 的 能 量 (如 地 球 內(nèi) 部 的 地 熱 能 ) 第 三 類 ： 地 球 和 月 亮 、 太 陽 等 天 體 相 互 作 用 產(chǎn) 生 的 能 量 按 能 源 的 形 成 分 為 ： 一 次 能 源 (如 煤 、 石 油 、 風 ， 水 等 ) 二 次 能

28、源 如 電 力 、 各 種 石 油 制 品 (汽 油 、 煤 油 、 柴 油 )等 按 能 源 的 使 用 情 況 分 為 ： 燃 料 能 源 （ 不 可 再 生 能 源 ） 非 燃 料 能 源 （ 可 再 生 能 源 ） 通 常 還 將 能 源 分 為 ： 常 規(guī) 能 源 和 新 能 源 。1、 能 源 及 其 分 類 2021-4-18 49 2、 能 源 與 環(huán) 境 利 用 能 源 的 過 程 也 直 接 污 染 著 地 球 環(huán) 境 。 燃 料 燃 燒 時 產(chǎn) 生 大 量 的 污 染 物 ， 使 大 氣 和 水 質(zhì) 產(chǎn) 生 污 染 大 氣 污 染 所 造 成 的 危 害 有 ： 酸 雨

29、問 題 ， 溫 室 效 應 和 臭 氧 層 破 壞 。為 了 保 擴 “ 地 球 村 ” ， 保 護 人 類 健 康 ， 保 持 生 態(tài) 平 衡 ，必 須 改 變 能 源 結(jié) 構(gòu) ， 開 發(fā) 和 利 用 新 能 源 ， 減 少 化 石 燃 料的 使 用 ， 以 及 合 理 使 用 能 源 ， 減 少 污 染 物 質(zhì) 排 放 。 二 、 能 源 概 況核 能 的 開 發(fā) 和 利 用 是 解 決 人 類 日 益 增 長 的 能 源 需 求 的根 本 途 徑 之 一 。 2021-4-18 50 三 、 核 能1、 核 能 的 來 源“ 核 能 ” 起 源 于 將 核 子 (中 子 與 質(zhì) 子 )保

30、 持 在 原 子 核 中 的一 種 很 強 的 作 用 力 核 力 。 例 如 ：氦 核 質(zhì) 量 為 4.002603u，而 將 4個 核 子 的 質(zhì) 量相 加 卻 為 4.032980u，這 樣 結(jié) 合 前 后 的 質(zhì) 量發(fā) 生 了 “ 丟 失 ” 現(xiàn) 象 ，其 量 值 為 4.0329804.002603=0.030377u 2021-4-18 51 根 據(jù) 愛 因 斯 坦 的 質(zhì) 能 關(guān) 系 2E mc這 一 關(guān) 系 說 明 原 子 核 內(nèi) 蘊 藏 著 巨 大 的 能 量 。 使 人 們 看 到了 利 用 核 能 的 可 能 性 和 重 要 性 。 將 氦 核 的 質(zhì) 量 虧 損 換 算

31、 成 能 量 ： E=28.30兆 電 子 伏 。對 1克 氦 ， 可 產(chǎn) 生 6.78108千 焦 熱 量 ，相 當 于 19萬 千 瓦 小 時 的 電 能 。 例 如 ， 1克 煤 燃 燒 產(chǎn) 生 的 化 學 能 約 為 8千 瓦 小 時 ， 而 1克 鈾 裂 變 釋 放 的 核 能 可 達 到 2000千 瓦 小 時 以 上 人 們 將 這 種 由 核 子 結(jié) 合 成 原 子 核 時 所 放 出 的 能 量叫 做 原 子 核 的 總 結(jié) 合 能 。 三 、 核 能 太 陽 2021-4-18 52 2、 核 能 的 發(fā) 現(xiàn)隨 著 核 內(nèi) 核 子 數(shù)的 改 變 ， 各 種 原子 核 結(jié) 合

32、 的 緊 密程 度 是 不 一 樣 的 ，這 可 從 它 們 不 同的 平 均 結(jié) 合 能 上反 映 出 來 。 由 此可 得 出 兩 種 利 用核 能 途 徑 約 20億 年 前 的 “ 天 然 反 應 堆 ”三 、 核 能核 裂 變 與 核 聚 變 2021-4-18 53 3、 裂 變 能 裂 變 的 發(fā) 現(xiàn) 1934年 ， 意 大 利 科 學 家 費 米 和 他 的 同 事 們 利 用 中 子去 轟 擊 從 輕 到 重 的 幾 十 種 原 子 核 。 1938年 ， 約 里 奧 居 里 夫 人 和 她 的 同 事 們 在 用 慢 中 子照 射 鈾 鹽 時 ， 分 離 出 了 放 射 性

33、 核 素 “ 瀾 ” (Z 57)。 1939年 ， 哈 恩 和 斯 特 拉 斯 曼 發(fā) 現(xiàn) 了 放 射 性 核 素 鋇 (Z=56) 梅 特 納 和 弗 里 什 作 出 了 正 確 的 解 釋 并 首 次 提 出 裂 變 現(xiàn) 象 。 實 驗 表 明 ， 裂 變 主 要 是 兩 分 裂 。 1947年 ， 我 國 物 理 學 家 錢 三 強 和 何 澤 彗 夫 婦 進 一 步發(fā) 現(xiàn) 了 裂 變 的 三 分 裂 和 四 分 裂 現(xiàn) 象 。 2021-4-18 54 、 裂 變 過 程 實 驗 和 理 論 都 表 明 ， 能 量 低 到 只 有 0.025eV的 中 子(稱 為 熱 中 子 ， 相

34、 當 在 室 溫 T 293開 時 的 中 子 )與 235U結(jié)合 時 ， 引 起 裂 變 的 幾 率 才 很 大 。 N玻 爾 等 就 提 出 可 用 液 滴 模 型 來 討 論 整 個 裂 變 過 程 。 在 自 然 界 ， 235U是 僅 有 的 能 由 熱 中 子 引 起 裂 變 的 核 ，稱 為 易 裂 變 核 。 另 外 人 工 制 備 的 239Pu也 是 一 個 可 由 熱中 子 引 起 裂 變 的 易 裂 變 核 。 2021-4-18 55 、 科 學 的 矛 盾 心 理 這 是 科 學 有 史 以 來 最 奇 怪 的 現(xiàn) 象 ， 科 學 家 的 功 能 就 是在 求 得

35、科 學 的 進 步 ， 將 “ 不 能 ” 變 為 “ 可 能 ” ； 現(xiàn) 在 卻 因 為科 學 的 進 步 會 帶 來 嚴 重 后 果 ， 竟 然 希 望 科 學 不 要 繼 續(xù) ，實 驗 不 要 成 功 。 這 充 分 說 明 ， 科 學 在 與 道 德 發(fā) 生 沖 突 的時 候 ， 科 學 家 的 社 會 責 任 感 在 行 為 中 反 映 出 的 矛 盾 心 理 。 匈 牙 利 青 年 物 理 學 家 西 拉 德 ， 靠 他 敏 銳 的 想 象 力 ，清 晰 地 意 識 到 了 將 來 可 能 要 開 展 一 場 原 子 武 器 的 競 賽 。 2021-4-18 56 、 衰 變 鏈

36、 及 裂 變 能 釋 放 的 分 配 144 144 144 144 144Pr Ba La Ce Nd- - - -89 89 89 89 K r R b Sr Y- - -235 236 * 144 8992 92 56 36 3 n U U Ba K r n（ 1） 235 236 * 140 9492 92 54 38 2 n U U X e Sr n（ 2）平 均 來 說 ， 一 次 裂 變 將 有 2.4個 中 子 放 出 。一 次 裂 變 所 釋 放 能 量 為 200兆 電 子 伏 ， 分 配 如 下 ： 輕 重 碎 片 的 動 能 170兆 電 子 伏 裂 變 中 子 的 動

37、 能 5兆 電 子 伏 裂 變 產(chǎn) 物 所 釋 放 的 和 的 能 量 15兆 電 子 伏 與 相 伴 的 中 微 子 能 量 10兆 電 子 伏 核 能 2021-4-18 57 有 否 可 能 維 持 裂 變 反 應 的 自 持 進 行 呢 ? 若 可 能 ， 如 何 實 現(xiàn) ？ 如 何 控 制 裂 變 反 應 速 率 ？ 、 鏈 式 反 應 （ 1） 、 鏈 式 反 應 的 可 能 性 中 子 增 殖（ 2） 、 鏈 式 反 應 可 以 控 制 緩 發(fā) 中 子值 得 注 意在 這 2.4個 中 子 中 包 括 了 瞬 發(fā) 中 子 和 緩 發(fā) 中 子 兩 類 。 緩 發(fā) 中 子 是 很 少

38、 的 ， 只 占 0.66% 使 我 們 有 足 夠 的 時 間 去 控 制 反 應 。 2021-4-18 58 、 可 控 鏈 式 反 應 的 實 觀 維 持 鏈 式 反 應 的 充 分 必 要 條 件 ： 中 子 產(chǎn) 生 數(shù) 中 子 消 耗 數(shù) l 中 子 必 須 慢 化 用 控 制 棒 控 制 反 應 速 率反 應 堆 的 控 制 主 要 是 控 制 緩 發(fā) 中 子 的 數(shù) 量 。 因 為 在 裂 變 中 所 放 出 的 第 二 代 中 子 屬 快 中 子 ， 必 須 把 它 慢 化到 熱 中 子 。 為 此 ， 在 反 應 堆 中 要 用 慢 化 劑 ， 使 中 子 慢 化 。 常

39、用 的 慢 化 劑 是 水 (H 2O)、 重 水 (D2O)和 石 墨 (C原 子 組 成 )。 原 子 彈原 子 彈 利 用 的 是 沒 有 慢 化 劑 且 不 加 以 控 制 的 鏈 式 反 應 。 核 技 術(shù) 2021-4-18 59 2021-4-18 60 4、 核 電 站 核 電 站 是 利 用 原 子 核 裂 變 反 應 所 放 出 的 核 能 ， 由 冷卻 劑 帶 出 ， 把 水 加 熱 為 蒸 氣 ， 驅(qū) 動 汽 轉(zhuǎn) 發(fā) 電 機 組 進 行發(fā) 電 的 發(fā) 電 廠 。 一 路 是 核 蒸 氣 供 應 系 統(tǒng) 。 通 常 包 含 兩 個 回 路 系 統(tǒng) ：另 一 路 是 蒸 氣

40、 驅(qū) 動 汽 輪 發(fā) 電 機 組 進 行 發(fā) 電 的 系 統(tǒng) 。 反 應 堆 ： 是 以 鈾 （ 钚 或 鈾 钚 混 合 物 ） 作 核 燃 料 實 現(xiàn) 可 控 核 裂 變 鏈 式 反 應 的 裝 置 ， 是 核 電 站 的 核 心 裝 置 。 反 應 堆 基 本 結(jié) 構(gòu) 堆 芯 ， 反 射 層 ， 控 制 棒 ， 堆 容 器 和 平 比 層 構(gòu) 成 。 反 應 堆 類 型 有 ： 壓 水 堆 ， 重 水 堆 ， 沸 水 堆 和 快 堆 等 。 2021-4-18 61 以 秦 山 核 電 站 為 例 來 對 核 電 站 結(jié) 構(gòu) 作 具 體 說 明 1 采 用 壓 水 堆 2 設 有 四 道

41、屏 障第 二 道 屏 障 燃 料 包 殼第 三 道 屏 障 壓 力 殼第 四 道 屏 障 安 全 殼第 一 道 屏 障 燃 料 芯 塊 2021-4-18 62 5、 核 電 的 優(yōu) 勢 及 發(fā) 展 概 況 (1) 核 電 成 本 比 煤 要 低 ， (2) 環(huán) 境 污 染 要 比 燃 煤 電 站 小 得 多 (3) 運 行 安 全 可 靠 優(yōu) 勢發(fā) 展 概 況美 國 有 109座 核 電 站 在 運 行 ， 總 裝 機 容 量 達 104 908兆 瓦 ，為 世 界 之 最 ， 約 占 全 世 界 的 1/3.5， 供 電 量 約 占 全 國 總 供電 量 的 21%。法 國 有 56座 核

42、 電 站 在 運 行 ， 裝 機 容 量 為 60124兆 瓦 ，供 電 量 約 占 全 國 中 供 電 量 的 80 也 為 世 界 之 最 。其 次 是 日 本 ， 德 國 、 俄 羅 斯 、 加 拿 大 等 。 核 電 站 2021-4-18 63 我 國 臺 灣 目 前 有 6座 核 電 站 在 運 行 ， 發(fā) 電 量 約 占 全 省總 電 量 的 40 。大 陸 地 區(qū) 正 在 運 行 的 是 2座 核 電 站 ： 秦 山 核 電 站 (30萬 千瓦 )以 及 廣 東 大 亞 灣 核 電 站 (2 90萬 千 瓦 )， 總 裝 機 容 量約 占 全 國 (大 陸 地 區(qū) )總 電 力

43、 的 1.3 。目 前 我 國 又 有 4座 核 電 站 （ 8套 機 組 ） 正 在 建 造 中 ： 嶺 澳核 電 站 、 秦 山 二 期 、 秦 山 三 期 和 連 云 港 核 電 站 。 總 計 將新 增 裝 機 容 量 660萬 千 瓦 ， 全 部 完 成 后 ， 將 使 核 電 占 全國 大 陸 總 電 力 的 3 。發(fā) 展 概 況 2021-4-18 64 我 國 21世 紀 中 對 核 能 發(fā) 展 規(guī) 模 要 求 是 十 分 巨 大 :到 2050年 :從 相 對 數(shù) 量 看 :即 使 達 到 高 目 標 ， 其 在 一 次 能 源 中 的 比 例 也 只 有 18 左 右 ，

44、僅能 起 到 重 要 補 充 的 作 用 。從 絕 對 數(shù) 量 看 :規(guī) 模 將 是 空 前 巨 大 的 ， 其 高 目 標 將 超 過 目 前 全 世 界 核 電 總 和 。 方 案 核 電 占 總 電 力 比 例 核 電 發(fā) 展 規(guī) 模 占 一 次 能 源 比 例 備 注 (總 規(guī) 模 水 平 ) 低 方 案 中 方 案 高 方 案 10 20 30 1.2億 千 瓦 2.4億 千 瓦 3.6億 千 瓦 6 12 18 接 近 目 前 法 國 核 電 兩 倍 目 前 美 法 蘇 三 國 核 電 之 和 超 過 目 前 全 世 界 核 電 總 和 2021-4-18 65 裂 變 電 站 可

45、 以 成 為 一 代 大 規(guī) 模 商 用 能 源 ， 但 必 須解 決 四 個 重 要 問 題 :.提 高 安 全 性 : 臨 界 安 全 等.增 殖 核 燃 料 : 鈾 釷 資 源 有 限.處 理 核 廢 料 : 危 害 長 達 數(shù) 百 萬 年 以 上.防 止 核 擴 散 : 高 濃 钚 和 鈾 2021-4-18 66 6、 新 一 代 核 電 站 的 研 發(fā) 235U占 天 然 鈾 中 的 0.72 ， 其 中 99.28%238U沒 有 充 分 利 用 。迄 今 已 經(jīng) 經(jīng) 過 技 術(shù) 驗 證 的 是 由 快 中 子 來 產(chǎn) 生 和 維 持 鏈 式反 應 的 反 應 堆 快 中 子 增

46、 殖 堆 ， 有 可 能 實 現(xiàn) 核 燃 料 增 殖 。這 種 快 中 子 堆 是 以 239Pu (钚 )為 裂 變 燃 料 。 另 外 ， 堆 中 還安 放 238U作 為 增 殖 原 料 ， 這 種 堆 的 成 功 ， 可 使 鈾 資 源 的 利用 率 提 高 6070倍 目 前 法 、 美 、 俄 等 國 已 建 成 示 范 電 站并 已 獲 得 了 電 功 率 的 輸 出 。日 本 也 將 開 始 運 行 其 示 范 電 站 。我 國 已 開 始 建 造 第 一 座 實 驗 快 中 子 反 應 堆 。 2021-4-18 67 50年 代 ： 混 合 堆 ， 早 在 50年 代 初

47、提 出 過 。70年 代 ： 各 自 在 美 、 蘇 進 行 ， 當 時 這 種 研 究 的 主 要 目的 之 一 就 是 生 產(chǎn) 高 純 度 钚 。80年 代 初 ： 美 國 研 究 過 利 用 混 合 堆 生 產(chǎn) 現(xiàn) 存 大 量 核 武器 所 需 補 充 的 氚 。 混 合 堆 的 應 用 在 初 期 是 與 軍 備 相 聯(lián)系 (生 產(chǎn) 原 子 彈 和 氫 彈 燃 料 :钚 和 氚 )，80年 代 后 期 ： 美 蘇 出 自 核 不 擴 散 的 考 慮 ， 提 出 仃 止 研究 聚 變 -裂 變 混 合 堆 , 要 求 只 研 究 純 聚 變 堆 ,如 ITER(國 際 熱 核 聚 變 堆

48、 )?；?合 堆 研 究 進 展 2021-4-18 68 90年 代 ： International Thermonuclear Experimental Reactor 美 、 日 、 歐 、 俄 四 方 合 作 進 行 了 近 十 年 的 ITER 概 念設 計 和 工 程 設 計 以 及 其 他 堆 設 計 研 究 之 后 ， 一 方 面 大家 認 識 到 聚 變 能 的 現(xiàn) 實 性 ,另 一 方 面 也 認 識 到 純 聚 變堆 商 用 化 （ 經(jīng) 濟 實 用 的 聚 變 能 源 )還 需 努 力 。 美 國 著 名 的 聚 變 堆 研 究 組 ARIES Team 及 波 音 公

49、司1997年 發(fā) 表 的 關(guān) 于 聚 變 潛 在 應 用 的 綜 合 評 價 研 究 報 告認 為 聚 變 最 有 吸 引 力 的 早 期 應 用 是 處 理 高 放 核 廢 料 。 美 國 在 1998年 又 重 新 宣 布 重 視 混 合 堆 研 究 ， 把 聚 變 中子 源 作 為 聚 變 能 的 近 期 利 用 (燃 燒 核 廢 料 、 生 產(chǎn) 核 燃料 、 產(chǎn) 氚 及 材 料 輻 照 研 究 )， 是 美 國 發(fā) 展 聚 變 能 戰(zhàn) 略的 一 個 組 成 部 分 。 2021-4-18 69 中 國 聚 變 -裂 變 混 合 堆 研 究 始 于 1980年 ， 分 三 個 階 段 ：

50、1980 1985年 ， 初 始 物 理 概 念 研 究 階 段 :1986 1990年 ， 實 施 “ 863 ” 計 劃 第 一 階 段 ：(1)確 定 混 合 堆 在 我 國 能 源 發(fā) 展 中 的 戰(zhàn) 略 地 位(2)進 行 概 念 設 計 (3)開 展 了 下 列 工 作 ： 堆 芯 等 離 子 體 實 驗 ； 積 分 中 子 學 實 驗 ； 氚工 藝 ； 混 合 堆 材 料 研 究 。1991 2000年 ， 實 施 “ 863 ” 計 劃 第 二 、 三 階 段 ：在 借 鑒 ITER EDA經(jīng) 驗 的 同 時 ， ASIPP與 SWIP進 行 聯(lián) 合 設 計 ， 完 成了 實

51、驗 混 合 堆 的 詳 細 概 念 設 計 和 關(guān) 鍵 技 術(shù) 工 程 概 要 設 計 。 開 展 了多 功 能 混 合 堆 的 研 究 。 2021-4-18 70 7、 可 控 熱 核 聚 變 反 應 核 聚 變 最 理 想 的 清 潔 能 源 當 然 是 聚 變 能 聚 變 反 應 ： 氘 (D)氚 (T)反 應 。在 一 次 反 應 中 可 放 出 17.6電 子 伏 的 能 量 ， 平 均 每 個 核 子所 放 能 量 為 3.5兆 電 子 伏 ， 是 裂 變 反 應 中 平 均 每 個 核 子放 出 0.85兆 電 子 伏 能 量 的 四 倍 全 世 界 一 年 只 需 消 耗 5

52、.6102噸 氘 ， 地 球 海 洋 中 的 氘 估 計可 用 l0 11年 (1千 億 年 )。l一 升 海 水 中 的 氘 300多 升 汽 油l反 應 產(chǎn) 物 幾 乎 是 無 放 射 性 的 2021-4-18 71 燃 料 氚 是 放 射 性 核 索 (半 衰 期 12.5年 )， 天 然 不 存 在 。但 可 以 通 過 中 子 與 聚 變 堆 反 應 區(qū) 周 圍 再 生 區(qū) 中 的 6Li進 行 下 列 增 殖 反 應 得 到 ： 6Li+n4He+T現(xiàn) 在 的 問 題 是 ： 如 何 實 現(xiàn) 自 持 的 聚 變 反 應 ？ 常 用 的 輕 核 聚 變 反 應 有 下 列 四 個

53、： 總 的 效 果 46 2 2 2 43.15 D He p n 兆 電 子 伏3 3.25 D D H e n 兆 電 子 伏4.0 D D T p 兆 電 子 伏4 17.6 D T H e n 兆 電 子 伏3 4 18.3 D H e H e p 兆 電 子 伏 2021-4-18 72 至 少 要 克 服 的 勢 壘 高 度 (即 排 斥 能 )為 20 1444 e eE r （ 千 電 子 伏 ）例 如 ， 要 使 兩 個 氘 核 接 近 到 10-14米 以 內(nèi) 時 ， 相 當 每 個 氘 核 至 少 各 要有 72千 電 子 伏 的 動 能 在 溫 度 T時 ， 粒 子 (

54、氘 核 )的 平 均 動 能 為 (3/2)kT 理 論 估 計 聚 變 溫 度 可 降 為 kT 10keVkT 48千 電 子 伏 考 慮 到 量 子 效 應 T108K 由 計 算 得 知 ， 要 得 到 自 持 的 能 量 增 益 的 聚 變 反 應 ， 除 了足 夠 高 的 溫 度 外 ， 對 等 離 子 體 的 密 度 n及 約 束 時 間 的 乘積 n還 有 要 求 。 2021-4-18 73 1957年 , 英 國 科 學 家 勞 遜 (J.nLawson)把 上 述 條 件 歸 納 為(對 DT反 應 )： n =1020秒 /米 3 kT 10千 電 子 伏這 稱 為 勞

55、 遜 判 據(jù) 。 滿 足 此 判 據(jù) 時 ， 稱 為 達 到 “ 點 火 ” 條件 。 目 前 有 三 種 方 法 可 用 來 對 等 離 子 體 進 行 約 束 ：一 是 靠 引 力 ， 二 是 用 磁 場 ， 三 是 靠 慣 性 。 2021-4-18 74 太 陽 中 的 熱 核 聚 變 反 應 引 力 約 束太 陽 的 巨 大 質(zhì) 量 所 產(chǎn) 生 的 引 力 把 太 陽 上 的 高 溫 等離 子 體 約 束 在 一 起 ， 維 持 熱 核 反 應 的 進 行 。 太 陽 中心 107K溫 度 不 算 高 ， 質(zhì) 子 的 動 能 不 足 以 克 服 兩 質(zhì) 子 間的 庫 侖 勢 壘 所

56、以 太 陽 中 聚 變 是 靠 勢 壘 貫 穿 的 量 子效 應 來 實 現(xiàn) 的 。 2021-4-18 75 磁 約 束 裝 置磁 壓 縮 裝 置 種 類 很 多 。其 中 最 有 希 望 的 是 環(huán)流 器 ， 又 稱 托 卡 馬 克(ToknmRk)裝 置 。 可 控 熱 核 聚 變 的 最 有希 望 的 途 徑 是 利 用 磁 約 束 。即 利 用 磁 場 將 高 溫 高 密 等離 子 體 約 束 在 一 定 的 容 積內(nèi) ， 且 維 持 足 夠 長 時 間 ，使 其 達 到 “ 點 火 ” 條 件 2021-4-18 76 這 種 環(huán) 形 裝 置 以 及 螺 旋 型 磁 場 ， 不 僅

57、 使 約 束 的 等 離 子 體沒 有 直 線 型 裝 置 中 的 終 端 損 失 (逃 逸 出 去 )， 而 且 有 利 于克 服 放 電 柱 的 不 穩(wěn) 定 性 以 及 粒 子 橫 越 磁 場 的 漂 移 而 引 起的 碰 壁 損 失 。 美 國 的 TFTR，日 本 的 JT60，歐 洲 的 JET，前 蘇 聯(lián) 的 T15我 國 四 川 所 建 成 的 環(huán) 流 一 號是 一 臺 中 等 規(guī) 模 的 托 卡 馬 克 裝 置 。 2021-4-18 77 慣 性 約 束 核 聚 變 激 光 核 聚 變 目 前 世 界 上 只 有 美 、 前 蘇 聯(lián) 、 英 、 中 、 法 五 國 擁 有 氫

58、 彈 。 氫 彈 本 質(zhì) 上 是 靠 慣 性 約 束 來 實 現(xiàn) 聚 變 反 應 的 ， 但 無 法 人 工 控 制 。 中 國 原 子 彈 、 氫 彈 的 爆 炸 成 功 離 不 開 一 個 團 結(jié) 戰(zhàn) 斗 的 集 體-中 國 工 程 物 理 研 究 院 。 王 淦 昌 、 彭 桓 武 、 鄧 稼 先 、 于 敏 一 大 批 科 學 家 能 否 用 人 工 可 控 制 的 方 法 來 實 現(xiàn) 慣 性 約 束 聚 變 呢 ? 早 在 1964年 我 國 科 學 家 王 淦 昌 就 獨 立 地 與 國 際 上同 時 提 出 了 慣 性 約 束 核 聚 變 概 念 。 2021-4-18 78 基

59、 本 思 想 ：利 用 強 激 光 從 許 多 方 向 上 同 時 轟 擊 氘 和 氚 的 混 合 燃 料 丸(微 小 球 體 ， 直 徑 幾 毫 米 )， 在 激 光 高 能 量 照 射 下 很 快 使DT微 球 表 面 層 形 成 等 離 子 體 。這 種 高 溫 等 離 子 體 在 向 外 飛 濺 的 同 時 ， 可 產(chǎn) 生 很 強 的向 內(nèi) 的 慣 性 約 束 ， 使 內(nèi) 層 氘 和 氚 混 合 物 的 密 度 迅 速 增加 ， 小 球 直 徑 可 減 少 到 原 來 的 三 十 分 之 一 ， 甚 至 更 小 。小 球 內(nèi) 溫 度 可 達 5107K， 最 終 達 到 或 超 過 勞

60、 遜 判 據(jù) 條件 ， 引 起 熱 核 聚 變 。 目 前 ， 強 激 光 功 率 已 超 過 1012瓦 。激 光 慣 性 約 束 下 聚 變 反 應 雖 能 夠 發(fā) 生 ， 但 離 達 到 向裂 變 那 樣 的 人 工 可 控 制 的 自 持 反 應 路 途 還 很 遙 遠 。 中 國 核 聚 變 2021-4-18 79 為 緩 解 能 源 供 應 緊 張 矛 盾 ， 各 國 科 學 家 都 在 尋 找 新 能 源 。本 世 紀 ， 風 能 、 海 洋 能 、 太 陽 能 、 生 物 能 、 地 熱 能 、 氫 能 等 都 將 成 為 人 類 廣 泛 應 用 的 新 能 源 。 風 能風

61、 能 是 由 于 太 陽 輻 射 造 成 地 球 各 部 分 受 熱 不 均 勻 ，而 引 起 的 空 氣 流 動 所 產(chǎn) 生 的 能 量 。 我 國 風 力 發(fā) 電 場 發(fā) 展 也 很 迅 速 ， 截 止 1997年 底 ， 我 國 風電 場 裝 機 容 量 達 16.7萬 千 瓦 ， 單 機 最 大 容 量 為 600千 瓦 。我 國 風 能 開 發(fā) 大 有 潛 力 。世 界 上 丹 麥 是 最 早 利 用 風 能 的 國 家 ， 目 前 風 力 發(fā) 電 為丹 麥 提 供 了 7 的 電 力 風 能 四 、 新 能 源 2021-4-18 80 海 洋 能潮 汐 能 ： 海 水 潮 汐 運

62、 動 是 指 海 水 每 晝 夜 有 兩 次 漲 落 ，一 次 在 白 天 ， 稱 為 潮 ； 另 一 次 在 晚 上 ， 稱 為 汐 。 據(jù) 科 學 家 推 測 ，地 球 上 海 洋 波 浪 蘊 藏 的 電 能 高 達 90萬 億 千 瓦 。 海 浪 能 （ 波 能 ） : 目 前 法 國 擁 有 世 界 上 最 大 的 潮 汐 電 站 。 我 國 也 已 在浙 江 、 江 蘇 、 山 東 等 地 建 造 了 多 座 潮 汐 電 站 。溫 差 能 ： 海 水 表 面 吸 收 了 大 量 的 太 陽 輻 射 后 ， 溫 度一 般 為 2528C， 而 深 層 海 水 溫 度 只 有 3 6C，

63、 從而 形 成 了 大 約 20C的 垂 直 溫 差 。 海 洋 能 2021-4-18 81 太 陽 能太 陽 輻 射 功 率 為 3.81026瓦 。 到 達 地 面 的 輻 射 功 率 約 8.6 1016瓦 ， 相 當 每 秒 燃 燒300萬 噸 標 準 煤 當 量 。 一 年 約 100萬 億 噸 標 準 煤 當 量 ，差 不 多 是 目 前 全 世 界 人 類 一 年 的 能 源 消 耗 量 的 l萬 倍 。 應 用 太 陽 能 不 會 引 起 大 氣 污 染 ， 不 會 破 壞 生 態(tài) 平 衡 ，使 用 范 圍 又 廣 ， 所 以 受 到 世 界 各 國 重 視 。 專 家 們

64、預 測 ， 21世 紀 太 陽 能 將 成 為 人 類 的 主 要 能 源 之 一 。 如 何 直 接 利 用 太 陽 能 呢 ? 2021-4-18 82 1、 光 電 轉(zhuǎn) 換 方 式利 用 太 陽 能 電 池 可 將 太 陽 輻 射 能 轉(zhuǎn) 換 成 電 能 供 使 用 。 2、 光 熱 轉(zhuǎn) 換 方 式黑 色 粗 糙 表 面 在 陽 光 下 易 變 熱 ， 因 此 太 陽 能 設 備 中 的吸 收 表 面 一 般 都 涂 以 黑 色 涂 層 或 其 他 采 光 涂 層 。 陽 光照 在 上 面 就 能 有 效 地 被 轉(zhuǎn) 變 為 熱 能 。 3、 光 化 學 轉(zhuǎn) 換 方 式光 化 學 轉(zhuǎn) 換

65、 是 利 用 光 和 物 質(zhì) 相 互 作 則 引 起 的 化 學 反 應 。例 如 ， 光 化 學 電 池 就 是 利 用 光 照 引 起 化 學 反 應 ， 使 電 解液 內(nèi) 形 成 電 流 而 供 電 的 電 池 。 太 陽 能 2021-4-18 83 氫 能氫 能 有 以 下 優(yōu) 點 ：(1)首 先 是 氫 的 熱 值 高 ， 每 千 克 可 高 達 6900千 焦 耳 ，約 是 汽 油 熱 值 的 3倍 ；(2)易 燃 燒 、 燃 燒 速 度 快 ， 有 利 于 獲 得 高 的 功 率 。(3)氫 來 源 廣 。 氫 除 了 存 在 于 空 氣 中 外 ， 主 要 存 在 于 水中

66、。 在 水 分 子 中 ， 氫 的 質(zhì) 量 比 例 約 為 11%。 海 水 中 的氫 可 以 說 是 取 之 不 盡 的 。(4)氫 燃 燒 后 只 生 成 水 和 少 量 氮 的 氫 化 物 ， 沒 有 化 石 燃 料 燃 燒 所 放 出 的 有 害 氣 體 和 鉛 化 物 等 污 染 物 質(zhì) 。 氫 能 2021-4-18 84 開 發(fā) 氫 能 會 碰 到 兩 個 難 題 ：一 是 尋 找 一 種 廉 價 易 行 的 氫 的 制 備 工 藝 ；二 是 解 決 氫 氣 的 儲 存 問 題 ， 以 便 有 利 于 方 便 的 運 輸 。 用 電 解 水 的 方 法 ； 熱 化 學 法 ； 利 用 太 陽 能 這 是 廉 價 制 備 大 量 氫 的 最 有 希 望 的 方 法 ，稱 為 太 陽 能 光 化 學 分 解 水 方 法 。 2021-4-18 85 地 熱 能地 球 本 身 是 一 座 巨 大 的 天 然 儲 熱 庫 。 地 熱 能 是 指 地 球內(nèi) 部 可 釋 放 出 來 的 熱 量 。關(guān) 于 地 熱 的 來 源 有 多 種 解 釋 但 一 般 認 為 它 主 要 是來 源