世界上最年輕的制造出核反應(yīng)堆的人
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，英國(guó)蘭開(kāi)夏郡中學(xué)的13歲男生杰米-愛(ài)德華茲在學(xué)校的一間教室制造了一個(gè)核反應(yīng)堆，同時(shí)成功利用核聚變將兩個(gè)氫原子聚合成一個(gè)氦原子，成為世界上取得這一成就的最年輕的人。愛(ài)德華茲表示：“這是一個(gè)偉大的成就，一個(gè)引人注目的成果。我不敢相信這是真的，我的所有朋友都認(rèn)為我瘋了。”
在告知校長(zhǎng)自己計(jì)劃在一間教室制造一個(gè)核反應(yīng)堆時(shí)，校長(zhǎng)首先想到的是：“反應(yīng)堆會(huì)把學(xué)校炸平嗎?”幸運(yùn)的是，科學(xué)探索的興趣和勇氣戰(zhàn)勝了對(duì)健康和安全的擔(dān)憂(yōu)，愛(ài)德華茲做出的“絕對(duì)安全”的承諾得到校長(zhǎng)的信任。4日，愛(ài)德華茲成為世界上成功利用反應(yīng)堆將兩個(gè)氫原子聚合成一個(gè)氦原子的最年輕的人。他事后表示：“這是一個(gè)偉大的成就，一個(gè)引人注目的成果。我不敢相信這是真的，我的所有朋友都認(rèn)為我瘋了。”
愛(ài)德華茲在普雷斯頓的彭沃斯哈姆修道院學(xué)校上學(xué)，一直就對(duì)輻射產(chǎn)生濃厚興趣，甚至曾用圣誕節(jié)的錢(qián)購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)蓋格計(jì)數(shù)器。在2008年看到14歲的美國(guó)男生泰勒-威爾森在內(nèi)華達(dá)州成功制造一臺(tái)小型聚變反應(yīng)堆，成為世界上取得這一成就的最年輕的人的新聞之后，愛(ài)德華茲也產(chǎn)生了制造反應(yīng)堆的念頭。他指出：“我看到了新聞報(bào)道，真的是太酷了。我決定自己也要大膽嘗試一下。”
產(chǎn)生制造反應(yīng)堆的想法后，愛(ài)德華茲開(kāi)始付諸實(shí)施。首先，他求助于核實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)院系，但“他們似乎沒(méi)有把我的想法當(dāng)回事”。碰壁之后，他決定在自己的學(xué)校制造反應(yīng)堆。他把這一想法告訴校長(zhǎng)吉姆-霍利甘。慶幸的是，校長(zhǎng)同意了他的想法，還決定資助他3000英鎊(約合5000美元)，幫助他進(jìn)行研究?；衾试?日接受采訪(fǎng)時(shí)表示：“聽(tīng)到杰米的想法后，我有些震驚，也有些緊張，但他向我保證絕不會(huì)把學(xué)校炸平的。”
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，愛(ài)德華茲在自己14歲生日前完成了反應(yīng)堆的制造。4日，在一間教室的一個(gè)輻射控制區(qū)，愛(ài)德華茲當(dāng)著一群專(zhuān)家的面按下開(kāi)關(guān)。啟動(dòng)之后，他目不轉(zhuǎn)睛地盯著自己的蓋格計(jì)數(shù)器，直至發(fā)生核聚變。他將核聚變形象地稱(chēng)之為“在廣口瓶里制造的恒星”。
太陽(yáng)的能量來(lái)自于核聚變。核聚變與核裂變存在很大差異。核裂變是指原子裂變，核電站和原子彈利用的都是核裂變。無(wú)論是核聚變還是核裂變都會(huì)釋放出大量能量。世界各地的科學(xué)家都在復(fù)制愛(ài)德華茲的實(shí)驗(yàn)，但規(guī)模更大?？茖W(xué)家的目標(biāo)是利用核聚變建造成本低并且環(huán)保的發(fā)電站。愛(ài)德華茲回憶說(shuō)：“我一直注視著蓋格計(jì)數(shù)器的讀數(shù)，看著讀數(shù)快速上升，逐漸接近峰值。我知道我們做到了。”
愛(ài)德華茲的實(shí)驗(yàn)在一群電子專(zhuān)家的幫助下進(jìn)行，他們負(fù)責(zé)對(duì)儀器的安全性進(jìn)行測(cè)試。他的好友喬治-貝克以及一些老師也參與了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。所有人都參加了一家核燃料公司的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估課程。愛(ài)德華茲的下一個(gè)目標(biāo)是制造一臺(tái)微型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。他希望長(zhǎng)大之后成為一名核工程師或者從事理論物理學(xué)研究。
什么是核反應(yīng)堆?
核反應(yīng)堆，又稱(chēng)為原子反應(yīng)堆或反應(yīng)堆，是能維持可控自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)，裝配了核燃料以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？煽刂屏炎冩?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。核反應(yīng)堆含有其核燃料按此種方式布置的結(jié)構(gòu)，使得在無(wú)需補(bǔ)加中子源的條件下能在其中發(fā)生自持鏈?zhǔn)胶肆炎冞^(guò)程。反應(yīng)堆這一術(shù)語(yǔ)應(yīng)覆蓋裂變堆、聚變堆、裂變聚變混合堆，但一般情況下僅指裂變堆。
核反應(yīng)堆有什么用途?
核裂變時(shí)既釋放出大量能量、又釋放出大量中子。核反應(yīng)堆有許多用途，但歸結(jié)起來(lái)，一是利用裂變核能，二是利用裂變中子。核能主要用于發(fā)電，但它在其它方面也有廣泛的應(yīng)用。例如核能供熱、核動(dòng)力等。
核能供熱是廿世紀(jì)八十年代才發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，這是一種經(jīng)濟(jì)、安全、清潔的熱源，因而在世界上受到廣泛重視。在能源結(jié)構(gòu)上，用于低溫(如供暖等)的熱源，占總熱耗量的一半左右，這部分熱多由直接燃煤取得，因而給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，近70%的能量是以熱能形式消耗的，而其中約60%是120℃以下的低溫?zé)崮埽园l(fā)展核反應(yīng)堆低溫供熱，對(duì)緩解供應(yīng)和運(yùn)輸緊張、凈化環(huán)境、減少污染等方面都有十分重要的意義。核供熱是一種前途遠(yuǎn)大的核能利用方式。核供熱不僅可用于居民冬季采暖，也可用于工業(yè)供熱。特別是高溫氣冷堆可以提供高溫?zé)嵩?，能用于煤的氣化、煉鐵等耗熱巨大的行業(yè)。核能既然可以用來(lái)供熱、也一定可以用來(lái)制冷。清華大學(xué)在五兆瓦的低溫供熱堆上已經(jīng)進(jìn)行過(guò)成功的試驗(yàn)。核供熱的另一個(gè)潛在的大用途是海水淡化。在各種海水淡化方案中，采用核供熱是經(jīng)濟(jì)性最好的一種。在中東、北非地區(qū)，由于缺乏淡水，海水淡化的需求是很大的。
核能又是一種具有獨(dú)特優(yōu)越性的動(dòng)力。因?yàn)樗恍枰諝庵?，可作為地下、水中和太空缺乏空氣環(huán)境下的特殊動(dòng)力;又由于它少耗料、高能量，是一種一次裝料后可以長(zhǎng)時(shí)間供能的特殊動(dòng)力。例如，它可作為火箭、宇宙飛船、人造衛(wèi)星、潛艇、航空母艦等的特殊動(dòng)力。將來(lái)核動(dòng)力可能會(huì)用于星際航行。現(xiàn)在人類(lèi)進(jìn)行的太空探索，還局限于太陽(yáng)系，故飛行器所需能量不大，用太陽(yáng)能電池就可以了。如要到太陽(yáng)系外其他星系探索，核動(dòng)力恐怕是唯一的選擇。美、俄等國(guó)-直在從事核動(dòng)力衛(wèi)星的研究開(kāi)發(fā)，旨在把發(fā)電能力達(dá)上百千瓦的發(fā)電設(shè)備裝在衛(wèi)星上。由于有了大功率電源，衛(wèi)星在通訊、軍事等方面的威力將大大增強(qiáng)。1997年10月15日美國(guó)宇航局發(fā)射的“卡西尼”號(hào)核動(dòng)力空間探測(cè)飛船，它要飛往土星，歷時(shí)7年，行程長(zhǎng)達(dá)35億公里漫長(zhǎng)的旅途。
核動(dòng)力推進(jìn)，主要用于核潛艇、核航空母艦和核破冰船。由于核能的能量密度大、只需要少量核燃料就能運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，這在軍事上有很大優(yōu)越性。尤其是核裂變能的產(chǎn)生不需要氧氣，故核潛艇可在水下長(zhǎng)時(shí)間航行。正因?yàn)楹藙?dòng)力推進(jìn)有如此大的優(yōu)越性，故幾十年來(lái)全世界己制造的用于艦船推進(jìn)的核反應(yīng)堆數(shù)目已達(dá)數(shù)百座，超過(guò)了核電站中的反應(yīng)堆數(shù)目(當(dāng)然其功率遠(yuǎn)小于核電站反應(yīng)堆)。現(xiàn)在核航空母艦、核驅(qū)逐艦、核巡洋艦與核潛艇一起，已形成了一支強(qiáng)大的海上核力量。
核反應(yīng)堆的第二大用途就是利用鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)中放出的大量中子。這方面的用途是非常多的，我們這里僅舉少量幾個(gè)例子。我們知道，許多穩(wěn)定的元素的原子核如果再吸收一個(gè)中子就會(huì)變成一種放射性同位素。因此反應(yīng)堆可用來(lái)大量生產(chǎn)各種放射性同位素。放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)上的廣泛用途現(xiàn)在幾乎是盡人皆知的了。還有，現(xiàn)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)和科研中經(jīng)常需用一種帶有極微小孔洞的薄膜，用來(lái)過(guò)濾、去除溶液中的極細(xì)小的雜質(zhì)或細(xì)菌之類(lèi)。在反應(yīng)堆中用中子轟擊薄膜材料可以生成極微小的孔洞，達(dá)到上述技術(shù)要求。利用反應(yīng)堆中的中子還可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體材料。我們知道在單晶硅中必須摻入少量其他材料，才能變成半導(dǎo)體，例如摻入磷元素。一般是采用擴(kuò)散方法，在爐子里讓磷蒸汽通過(guò)硅片表面滲進(jìn)去。但這樣做效果不是太理想，硅中磷的濃度不均勻，表面濃度高里面濃度變低?，F(xiàn)在可采用中子摻雜技術(shù)。把單晶硅放在反應(yīng)堆里受中子輻照，硅俘獲一個(gè)中子后，經(jīng)衰變后就變成了磷。由于中子不帶電、很容易進(jìn)入硅片的內(nèi)部，故這種辦法生產(chǎn)的硅半導(dǎo)體性質(zhì)優(yōu)良。利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子可以治療癌癥。因?yàn)樵S多癌組織對(duì)于硼元素有較多的吸收，而且硼又有很強(qiáng)的吸收中子能力。硼被癌組織吸收后，經(jīng)中子照射，硼會(huì)變成鋰并放出α射線(xiàn)。α射線(xiàn)可以有效殺死癌細(xì)胞，治療效果要比從外部用γ射線(xiàn)照射好得多。反應(yīng)堆里的中子還可用于中子照相或者說(shuō)中子成像。中子易于被輕物質(zhì)散射，故中子照相用于檢查輕物質(zhì)(例如炸藥、毒品等)特別有效，如果用x光或超聲成像則檢查不出來(lái)。