中华学生百科全书-第252章

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有些国家还在使用。它用煤做燃料，把水烧成水蒸气，推动车轮转动，使火
车在铁轨上行驶。新一代的火车是内燃机火车，固体的煤块不能使用，这又
给人们提出了一个“怎么办”的问题。日常生活经验给科学家开了窍。烧一
壶开水，水开后溢出的水溅落到煤饼上，炉火不仅没有熄火，反而蹿得更高；
家庭主妇为了让煤饼烧得更旺，往往把水洒在煤饼上。煤炭的液化技术产生
了。
　　　　像磨面粉一样，把煤块碾成非常细的粉末，然后加　30％左右的水，用机
器把它们搅拌均匀，再加些化学表面活性剂，这好像胶水一样，能使煤和水
之间的“粘力”增加，使它们完全粘合在一起。这样制成的水煤浆可以通过
管道远距离输送。目前，水煤浆在船用柴油机上的燃烧试验已经取得初步成
果。39　科学家展望，21　世纪，水煤浆可以用在内燃机上。
　　　　还有一种煤炭液化方法。石油经过提炼后剩下的暗褐色浓稠液体叫重
油。把细煤粉与重油混合，加入催化剂，然后送到高压反应管中，加上高压、
高温，像变魔术那样，煤炭变成石油了。这种方法工艺复杂，成本非常昂贵。

尽管如此，有了它，人们就更有信心对能源前景抱乐观的态度。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　核聚变能的继续开发
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　一说起核聚变，大家会认为那似乎是遥远的未来才能用上的资源。实际
上，太阳和其他恒星上时时刻刻都在进行着核聚变反应，太阳能本质上就是
太阳的核聚变能中被太阳光送到地球上的那一部分。煤炭、石油、天然气等
化石能源本质上是古生物以特殊形式储存起来的太阳能（也就是核聚变能）。
水力发电之所以能利用源源不绝地从高处向低处流的水能，归根结底是太阳
能把低处的水蒸发，以雨、雪的形式落在高处造成的。风力、波浪、海洋热
能等等也都是太阳能的转化形式。所以，除了核聚变能是铀等裂变物质固有
的、地热能是地球固有的、潮汐能主要是由太阳和月球的引力造成的以外，
其他的能源几乎都来自太阳的核聚变能。
　　　　　自从　1952　年美国试验成功第一颗氢弹（我国第一颗氢弹于　1967　年试验
成功）以来，人类开始直接利用聚变能。氢弹爆炸是氘和氚的热核聚变反应，
它的巨大能量在一瞬间释放出来，不可控制，只能当做炸弹作破坏之用而无
法和平利用。要想使聚变能持续受控地释放出来并转换成电能或其他形式的
能量，可就不容易了。人们努力了　40　年之久，至今受控核聚变仍未实现，仍
然是可望而不可及。
　　　　　可是，科学家们并没有认输，他们仍在继续努力。因为他们知道，只有
受控核聚变才是人类取之不尽、用之不竭的既安全又清洁的能源，只有受控
核聚变才能让人类一劳永逸地彻底摆脱能源危机的困扰。
　　　　　受控核聚变消耗的是氘和氚。其中氘是天然存在的，每升海水中含有
0．03　克氘，地球的海洋里共含　45　万亿吨氘，所以氘是取之不尽、用之不竭
的。氚可以用储量丰富的锂在反应堆中生成。氘和氚将作为第一代聚变反应
堆燃料。氘—氘将作为第二代聚变反应堆燃料，它不用较麻烦的氚，只用氘
就行了，但它的点火条件比氘—氚燃料还要高些。将来的受控核聚变反应堆
会比现在的核裂变反应堆安全得多，因为核聚变反应堆不会产生大量强放射
性物质，而且核聚变燃料用量极少，每秒钟只须投入　1　克；停止投入燃料，
核聚变反应堆就能迅速关闭，不致发生重大事故。
　　　　　核聚变反应堆的真正问题不在于关闭，而在于它太难启动了。要实现受
控核聚变反应，必要的条件是：要把氘和氚加热到几亿度的超高温等离子体
状态，这种离子体粒子密度要达到每立方厘米　100　万亿个，要使能量约束时
间达到　1　秒钟以上。这也就是核聚变反应点火条件，此后只须补充燃料（每
秒钟补充约　1　克），核聚变反应就能继续下去。
　　　　　无论什么样的容器都经受不起这样的超高温，所以，受控核聚变的关键
技术在于用磁场把高温等离子体箍缩在真空容器中平缓地进行核聚变反应。
但是高温等离子体就像一匹烈马，很难约束得住，被箍缩的高温等离子体很
难保持稳定，它应是均匀的柱状，但它细的地方会变得很细，像香肠一样，
最后会这里断开，有时会变得弯曲，像香蕉一样，最终触及器壁。人们研究
得较多的是一种叫做托卡马克的环形核聚变反应堆装置，但它至今不能连续
运转。所以，托卡马克有无前途，人们还在争论。
　　　　　另一种方法是惯性约束，即用强功率驱动器（激光、电子或离子束）把

燃料微粒高度压缩加热，实现一系列微型核爆炸，然后把产生的能量取出来。
惯性约束不需要外磁场。系统比较简单，但这种方法还有一系列技术难题有
待解决。
　　　　　总之，未来的受控核聚变反应堆将是包括了复杂的供电系统、大型超真
空系统、加料系统、大容量制冷系统、氚处理系统、遥控操作系统等系统的
极复杂的高技术装置。再进一步，将是聚变—裂变混合反应堆。它的中心是
聚变反应堆芯，其周围是天然铀组成的包层，包层可以被转换成裂变材料，
起到燃料增殖作用，与裂变反应堆相匹配，大大提高铀资源的利用率。当然，
它的结构必定复杂得多，实现起来在技术和工程上难度非常大。
　　　　　最近，有些科学家声称实现了室温核聚变，但没有得到广泛承认。如果
真能实现室温核聚变，当然是一件莫大的好事，不过，不少科学家怀疑它究
竟能否真正实现。
　　　　　受控核聚变是人类面临的头号技术难题，美国、俄罗斯、日本和西欧各
国准备加强国际合作，联合攻关，力争在下世纪初期，通过共同努力，建成
世界第一个能持续运转的受控核聚变反应堆，把“人造太阳”的梦想最终变
成现实！
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　丰富多样的发电新技术
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　火力发电、水力发电已无人不知，风力发电和潮汐发电也已有所了解。
近年来，科学家另辟蹊径研究和开发新型发电方法，知此者却寥寥无几。
　　　　　让我们悄悄来到一个已建成的水坝上去挖个洞，让部分水流出来。——
那会酿成水灾，是伤天害理的事情，我们不能做。
　　　　　不是的！那是利用没有充分利用的余水来发电。这是开发水力发电的一
个新招，但目前还用得不多，鲜为人知。
　　　　　在日本静冈县，位于天龙川中游的秋叶水坝高　89　米，已有两个功率为
3．5　万千瓦的水电站。为进一步开发电力，人们在水坝高　67　米的地方，挖了
一个直径　6．5　米、长　21　米的洞。水洞从　1988　年　12　月开始挖掘，仅　20　天就
顺利贯通。从这个洞泻下的水，最大流量每秒钟达到　116　立方米，水流驱动
设在　20　米高处的发电机水轮，从而建成功率为　4．7　万千瓦的第一个余水发电
站。当然，并不是所有的水坝都能这么挖洞，必须经过周密的计算。
　　　　　再让我们悄悄爬到城市的下水道去——去做贼吗？
　　　　　也不是的，而是去利用污水。日本科学家发明了一种使污水沉积物固体
化的方法。据称，这种固体沉积物每千克具有　1750　万焦耳的发热量，相当于
低质煤的发热量。利用它发电，既可节约能源，又可保护环境，真是一举两
得。
　　　　　科学家预计，如果一座中等城市的污水得到充分利用，就可满足　10％住
户取暖和制冷的需要。日本打算利用城市地下水道的污水沉淀物作为能源，
建造一座世界上独一无二的发电站。
　　　　　家庭照明、冰箱和电视机使用的电是交流电，而手电筒用的干电池是直
流电。所谓交流电是电流大小和方向随时间变化，而直流电的电流方向不随
时间变化。
　　　　　有一些特殊材料，如酞酸钡等，它们在直流电场作用下，会有气体附着
材料表面，从而使电流不能正常流通。科学家把这种现象叫极化。奇怪的是，

这种材料极化后，再去掉直流电场，极化现象并不消失，相反十分稳定地保
持着，只有在炸药爆炸产生的压力和温度作用下，极化才消失，而在这时，
藏在这种材料内部的能量才以电能的形式释放出来。
　　　　科学家认为，采取这种能量转换方式形成的新型能源，可以用来引爆炸
药，产生激光，加速带电粒子和供电。
　　　　让我们再大摇大摆地走到火力发电机厂，毫无顾忌地把金属钾扔到锅炉
中去——这不是犯罪吗？
　　　　不是的。用金属钾代替水作能源发电，这是一种发电的新技术。金属钾
具有一种特性，它由液态变为气体时，它的最高温度可达到水蒸气的　1．5　倍。
　　　　用金属钾代替水发电的过程是，先把液态金属钾送入锅炉，加热成气体，
带动汽轮发电机发电，然后进入热交换器。在热交换器里，金属钾气体再冷
凝成液态。试验表明，与通常的火力发电相比，它有明显的优点：首先是发
电效率提高了　50％；其次是燃料消耗减少　25％；此外，在发电过程中，灰粉、
硫磺等有害废物的排出量也相应减少　25％，从而大大降低了环境污染。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　雪能发电吗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　你知道吗，雪花不仅形态迷人，而且还蕴藏着巨大的能量，可以用来发
电。煤、石油等燃烧释放的是热能，雪不能燃烧，同样能放出能量，但不是
热能，而是“冷能”。生活中的制冷设备如冰箱等，在制冷时要消耗大量电
能。如果用雪花来制冷，不就可以节省许多电能吗？
　　　　实际上，我们的祖先早在利用冰能了。在清