第三讲 尖端科技上课件.pptVIP

1988年,拍摄的法国Tore?Supra托卡马克装置 环形真空室内部安装照片。 2002年,拍摄的法国Tore?Supra托卡马克装置 环形真空室内部照片。 法国Tore?Supra托卡马克装置环形真空室内部 高温等离子体运行录像。 ☆冷核聚变简介 “冷核聚变”又称“低能核反应”,或“化学辅助核反 应”。1989年3月23日,美国犹他大学在盐湖城召 开了一次不同寻常的新闻发布会,会上宣称,两位 化学家——犹他大学的庞斯博士和英国南安普顿 大学的弗莱希曼博士实现了常温核聚变:他们用钯 电极在常温下电解重水,观察到了异常的热量输出 和少量的中子,两人认为这是两个氘原子的核聚变。 (按照核聚变原理,核聚变将会释放出中子、氚和伽 马射线,同时释放出巨大的能量)后因担心发生爆炸, 他们及时终止了实验。该现象一经公布就在全世 界范围内引起了一场轩然大波。 由于当时的实验用的是重水,又是在常温下,人们就把这种现象称之为“冷核聚变”。 传统核物理理论认为,只有在非常高的温度和 压强下,克服库仑势垒才能发生氘核聚变,这对 反应堆的设计和结构材料的选择都是巨大的 挑战。如果能实现室温条件下的核聚变,便意 味着将来在实验室里就能提供取之不尽、用之 不竭的清洁能源,这无疑将是人类科学史上的 重大突破。? 这两位化学家的发现激起了全世界无数科学家 的兴趣,纷纷开始在实验室里重复这项实验。然 而,实验的结果非常令人沮丧,没有一个科学家能 够再次观察到室温条件下核聚变的发生。人们 开始失望,并逐渐转化为对这两位化学家诚信的 怀疑。在弗莱希曼博士和庞斯博士的实验完成 半年之后,美国能源部根据许多失败的实验写了 一份报告,正式否定了这项轰动一时的科学发现, 结论为两位科学家测量错误和为获取研究资金 的不恰当动机。 2008.5.22日,日本大阪大学的荒田吉明(Yoshiaki Arata)教授和上海交大的张月昌在媒体前公开展示了他们的必威体育精装版研究成果: 用高压将氘气压入包含锆氧化物(ZrO2)和钯纳米粉末的真空单元内。 反应容器的温度上升到70摄氏度,并且长期处于远高于室温的状态达50个小时,同时观察到氢-4 (融合的信号)。据称这些热量便是来自冷核聚变反应。这一演示实验具有高度的可重复性。 2011年11月8日,意大利一名物理学家 宣称,由他制造的一台机器已经成功实 现“冷聚变”,能在不产生有害辐射物的 情况下,生产出大量安全核能。 (四)低温下液氦Ⅱ倒流现象 —— 超流技术 1908年7月,卡末林·昂尼斯在荷兰莱顿低温实验室实现氦的液化,同时发现：在极低温度下,液态氦的粘性会消失,它在任何东西上流动都没有阻力,如果把盛着液态氦的小玻璃杯提出来,挂在半空,杯内的液氦会不断地垂直爬上杯壁,流到杯子下面并滴下,不一会,杯中的液氦就会漏光。科学家把这种没有阻力的流动叫作超流。且超流状态的液氦的传热系数比铜还好。 ☆液氦能沿器壁向尽可能低的位置移动。将空的 烧杯部分地浸于氦Ⅱ中时,烧杯外的液氦将沿 烧杯外壁爬上杯口,并进入杯内,直至杯内和杯 外液面持平。反之,将盛有液氦的烧杯提出液氦 面时,杯内液氦将沿器壁不断转移到杯外并滴下 。液氦的这种转移的速率与液面高度差、路程 长短和障壁高度无关。 ☆氦是目前人类唯一知道即使在绝对零度也不会 被冻成固体的物质。(固态氦是1926年基索姆用 降低温度和增大压力的方法首先得到的). 物理学把零下273.16℃叫做绝对零度。绝对 零度就是说物体内部分子热运动不存在,分子 被完全“冻”住了。 处于绝对零度下的微观粒 子系统,就是热能的最低态,在量子力学中叫做 基态。 热力学第三定律指出,绝对零度是达不 到的,但是可以不断接近它。随着温度的一步 步降低,许多奇妙的量子现象就会呈现。如超导 (电阻消失、磁力线排出物体外)、超流(流体不 呈现粘滞性,具有很好的热导率)、玻色爱因斯坦 凝聚(所有原子同时降到能量最低态)等等。 1937年,苏联科学家彼得·卡皮察首先观测到液态 氦4的超流体特性。超流体这一现象很快被苏联 科学家列夫·郎道用凝聚态理论成功解释。不过, 科学家直到20世纪70年代末才观测到氦3的超流 体现象。 1938年,阿兰等人发现的氦刀喷泉。将一个上细 下粗的玻璃管浸入液氦中。用光照射玻璃管粗的 下部,使管内的液氦温度升高,超流成分激发成正 常成分。管外的超流成分通过棉花塞向管内转移, 形成内外压强差,液氦将从细喷嘴喷出。光越强 喷得越高,可以高达数厘米。 氦刀喷泉 * * * 尖端科技(上)—— 世界科学研究热点 (一)解开物质结构的终极秘密 —— 寻找“希格斯粒子”