伽馬中子超反射鏡設計方法研究

『壹』 橡樹嶺國家實驗室的主要成就

1、核動力與研究反應堆—從曼哈頓工程到電的產生
20世紀四十年代誕生了許多動力反應堆概念，有些發展被認為仍然有效的技術。因為認為鈾非常稀少，所以一些科學家想出一種產生多餘消耗鈈的快速反應堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用鈉冷卻增殖反應堆的第一個設計。
2、反應堆化學—鉕的發現
1914年，第一次世界大戰中在戰斗中陣亡的前一年，其工作影響元素在周期表中最後排序。才華橫溢的英國物理學家證明在稀土釹和釤之間應該存在元素61。1941-42年美國化學家們試圖造出元素61，但不能證明已經造出這一元素。
1945年，在Charles Coryell的領導下，工作在石墨反應堆上的化學家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他們通過鈾的裂變和用用來自反應堆中裂變鈾的中子轟擊釹獲得這一元素。他們在附近的熱實驗室和化學樓里工作，利用離子交換色層法，首次從化學上鑒定了元素61的兩個同位素。
Marinsky和Glendenin在1947年的美國化學學會會議上宣布了他們在化學上證明元素61的存在。1948年，他們在馬省理工學院工作時建議將元素61「鉕」命名為普羅米修斯（希臘神話中的巨人，相傳因盜取天火給人類觸怒主神宙斯，被鎖在高加索山崖遭受神鷹折磨）。這一想法來自Coryell的妻子Grace Mary。1949年這一名稱被國際化學化學聯合會所接受。
鉕是在地球地殼中沒有發現發射β的放射性金屬，在仙女座中一個星的光譜里看到了它。鉕147用於導彈中的儀器核動力電池。
3、核同位素
二次大戰期間，橡樹嶺Y-12廠被用來電磁分離兩個鈾同位素，產生曼哈頓工程用的武器等級的材料。大戰結束後，除了一個電磁型同位素分離器大廳外，其他所有的大廳均轉為它用。剩餘的設施轉給ORNL，生產許多用於和平目的的同位素。
4、核醫學—疾病的診斷和治療
將ORNL產生的放射性同位素轉變為可恢復人體健康的試劑是ORNL核醫學研究人員長期以來的奮斗目標。20世紀七十年代中葉以來，在Russ Knapp的領導下，他們開發出用於醫學掃描診斷心臟病的放射性成像試劑。該試劑已經在全世界350000病人研究中經過了試驗，在日本和俄羅斯進行工業化生產，並用於治療無數的心臟病患者。ORNL試劑是用放射性碘做標記的脂肪酸，可用來探測心臟病發作後心肌有多少還活著，預測搭橋手術或氣球狀的血管成型術是否會恢復所有血液流通。
5、核燃料—開發新工藝
第二次世界大戰期間，橡樹嶺的石墨反應堆是作為一個試驗工廠為展示鈈的產生而運行的。ORNL的研究人員開發出從用過的鈾燃料和裂變產品中分離鈈的化學工藝。他們利用沉澱從溶解在硝酸中用過的燃料中提取鈈，設計和應用工藝。
6、核燃料—核工業的新設計
上個世紀四十年代末，由Eugene Wigner領導的ORNL小組設計了水冷卻釋熱元件，確保材料試驗反應堆產生足夠高的中子濃縮度，以便確定哪些支撐最好的材料可用於未來反應堆。該組設計的鈾釋熱元件放在鋁板之間，外面由鈹包圍，將中子反射回到堆芯。Wigner最有名的發明是將鋁板彎曲，所以在非常熱的情況下，它們只向一個方向彎曲，防止水冷卻液流量的壓縮，這決定著中子的流強。這個設計是美國研究反應堆和潛水艇堆芯的模型。
7、核燃料—國際軟體
SCALE是一個易於使用用來確定核裝置的設計和傳輸或存儲數據包是否符合核安全標準的計算機軟體系統。ORNL開發的系統在世界范圍里被用來回答核安全問題。例如：裝有用完的核燃料的儲存罐足以屏蔽，防止雇員達到有害輻射水平嗎？罐的設計，在平板卡車或火車車廂里罐的擺放，會防止涉及不受控制地釋放能量和輻射的臨界事故嗎？
8、核安全—了解挑戰
ORNL在無數方面對核安全起作用。它培養了900多位反應堆設計和安全操作方面的工程師。實驗室出版了核安全雜志已有30多年。60年代以來，ORNL已經對核臨界安全具有了重要影響 — 利用工業控制防止產生在鈾或鈈的處理、儲存和運輸中發生意外不能控制的鏈式反應的潛在後果。ORNL的研究人員提供幾個臨界安全標准和管理批准這個指導原則的國際小組。
9、核脫鹽—渴望解決方案
聯合國估計全世界有11億人口，幾乎6個人中就有1人喝不到安全的飲用水。一種解決的方案是從海洋里取水並把鹽除掉。
10、核不擴散—降低核威脅
2002年，ORNL組與美國核安全局、國務院和國際原子能委員會的專家們一道從南斯拉夫反應堆上安全拆除50公斤的高濃縮鈾。這些材料被運到俄羅斯轉為反應堆級燃料。
為減少美國和俄羅斯反應堆產生的多餘的武器級的鈈，ORNL管理多處為輕水反應堆生產、輻照和試驗基於鈈的混合氧化物燃料的工作。ORNL管理和與俄羅斯從事開發生產俄羅斯反應堆所用混合氧化物燃料需要的技術。
通過將原蘇聯的武器研究人員固有的技術商品化和重新產業化的努力，ORNL正為他們創造有意義的工作。
11、中子散射—變化的儀器
1994年，率先在橡樹嶺石墨反應堆上採用中子散射開展材料研究的Clifford Shull分享了諾貝爾物理獎。Shull和他的導師Ernest Wollan利用中子散射確定晶體中原子在哪裡。中子散射在世界上被用於研究材料的結構和動力學，開發出強力塑料、小電機中看到的改進的磁性材料、信用卡、計算機磁碟和CD盤。1945後期，用X射線散射研究固體和氣體的Wollan考慮用石墨反應堆的中子研究散射。他通過讓反應堆中子經過晶體產生了一個單波長中子束流，並用譜儀測量與中的原子核相互作用所發生的中子散射的角度和能量。這一信息幫助揭示物質的結構。
12、半導體—打造數字的未來
過去40年間，ORNL的研究人員提供了重要的信息和技術，產生了半導體產業，提高了該產業的經濟意義。
1962年，Ordean Oen和Mark Robinson在開展晶體材料中輻射損傷理論研究的同時，進行揭示離子溝道影響與固體中長排的原子平行的原子的長距離運動的計算機模擬。這一工作和Bill Appleton、Charles Moak、Sheldon Datz、Herb Krause和其他人所做的高能離子溝道實驗能夠了解溝道現象，幫助工業界生產具有正確特性的植入離子的半導體材料。
13、半導體—傳輸電力
由於有了高溫超導線和電纜，未來的電網將更加有效。ORNL的研究人員與工業夥伴合作，利用1986年發現的現象所開發的高溫超導線的電阻比銅線的電阻小得多。與相當的技術比較，使用這樣的線的設備佔用空間較小，運行費用較低，耗能較少。美國電網中超導電纜導電是同樣大小尺寸銅線的5倍。因為高溫超導電纜以熱量形式損失很少的能量，所以電傳輸的損耗減少一半，從8%降低到4%。
14、離子植入材料—實在的人造關節
在ORNL，通過純理論手段出色地發現離子溝道，最後導致制定基於加速器的計劃將離子引入材料。研究人員發現離子植入能夠改進許多材料的表面，包括用於製造人造髖關節和膝蓋的合金。
15、環境影響分析—尋找平衡
聯邦政府資助或批準的設施在建造前，必須認真檢查工程的效果。在環境影響說明中，必須權衡它們的造價和效益。自1971年以來，為核電廠曾准備過這樣的環境影響說明。ORNL和其他三個國家實驗室的研究人員涉及一個應急計劃，為90個運行核電廠和那些建設中的核電廠或正在設計中的核電廠起草環境影響說明。七十年代，ORNL還涉及決定是否為提出的電廠建造冷卻塔，以保護哈德遜河的有條紋鱸魚。ORNL的工程師們開發出的一種電子標記，它通過手術植入雨中。該標記發射出超聲波信號，用於觀測三文魚靠近水電大壩時的變化 — 這一信息有助於魚安全通大壩的上游和下游。
16、環境質量—種下科學的種子
來自工業設施的放射性和有害物質對構成生態系統的動植物有什麼影響？生態系統與地球大氣如何發生相互作用？ORNL的研究人員幫助回答了這些和其他50多年來的其他問題，開創了生態研究的新領域。
17、空間探索—最後的前沿科學
2002年8月20日，美國國家宇航局慶祝旅行者2號宇宙探測器通過太陽系旅程25周年 — 可能是人類探索宇宙最偉大的功績。旅行者2號向地球發回令人注目的木星、土星、天王星和海王星地形、環和衛星的照片。旅行者2號距太陽足足超過60億英里遠，上面載有ORNL製造的材料。
18、石墨和碳產品—從導彈到納斯卡（NASCAR）
石墨反應堆的名稱承認石墨需要有的特性。這種形式的結晶碳被選為橡樹嶺的第一台反應堆和Hanford鈈產生反應堆的減速器。石墨不僅將鈾裂變中產生的中子減速到足以使鈈形成，而且還在高溫時變得更強，並抗輻射損傷。
19、先進材料—工業用的合金
材料合成ORNL第一個開發的商業化的合金是耐鹽酸鎳基合金-N，先由國際鎳公司出售，由Haynes International公司銷售。這個鎳-鉬-銅-鐵合金是由Hank Inouye和其他人開發的，含有ORNL開發的熔鹽反應堆使用的燃料。該種合金抗老化、抗斷裂和抗暴露在熱的含氟化物的鹽引起的腐蝕。
20、先進材料—工具、渦輪機和柴油發動機
許多發明在10到15年裡從實驗室到工廠都不會取得成功，但ORNL的一種陶瓷發現後3年成為商業產品。這個名人遺物收藏館的陶瓷是鋁氧化物和從普通米殼製造的微觀硅炭化物SiC晶須的復合材料。
21、生物技術—用細菌清除
ORNL生物技術一個早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示：花園土壤中的細菌能夠去掉工業廢水中的硝酸鹽和稀有元素。ORNL在俄亥俄州的Portsmouth鈾濃縮廠建了一座試驗生物反應堆處理硝酸鹽廢物。橡樹嶺Y-12國家安全整套裝置為處理硝酸廢物的一座工廠採用了Francis的設計。在這些場地利用重組體和自然細菌處理地下廢物的生物治療在繼續進行。
在1997年進行的lysimeter實驗中，ORNL採用了基因工程微生物來探測土壤污染物；美國政府部門首次批准它在能源部的一個場地有控制地向環境釋放。
六十年代，Howard Adler和他的助手們研究輻射對大腸桿菌的影響。一些被輻射損傷的細菌死亡，神秘的是除非它們生長在有其他細菌的情況下。最終的解釋是含有來自那些其他細菌薄膜部分的酶，它把氧從介質中去掉，使得受損傷的大腸桿菌得以復原。
Adler和Jim Copeland開發出一項提取和冷藏這些薄膜碎片，和利用它們去掉來自支持厭氧微生物（在氧中死亡）液體介質的氧的技術。他們的技術有助於早發現由厭氧微生物和生產像丁醇之類的化學品引起的疾病，如破傷風和壞疽。1987年，他們成立了Oxyrase公司，繼續向北美、南美、亞洲和歐洲的醫院病理學和研究實驗室銷售診斷介質。
利用在生產除冰劑、食品添加劑、溶劑和最後是塑料中需要的將普通糖轉化為琥珀酸的一種新的微生物，ORNL和美國能源部其他的國家實驗室與應用碳-化學製品公司（Applied Carbo-Chemicals）一起開發了一種發酵工藝。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反應堆中開發了這一發酵工藝。應用碳-化學製品公司展示了這一很快商品化的發酵10萬公升的工藝流程。
22、光合作用—發現光
發現光對研究綠色植物細胞和輻射有興趣的幾位ORNL的生物學家集中研究了光合作用。
23、生物系統—生命工廠一瞥
ORNL制定其生物研究計劃，旨在確定輻射的性質和輻射對活細胞的影響。
這些研究是出於關心反應堆、原子武器試驗和進入人體的放射性元素的輻射對健康的影響而進行的。輻射生物學方面的世界權威Alexander Hollaender1946年來到橡樹嶺，率領ORNL的研究人員開展輻射對微生物、果蠅、植物和以後是老鼠的影響的研究。他制定了一項廣泛的計劃，一度使ORNL成為世界上最大的生物實驗室。曾在ORNL從事生物科學研究的20名研究人員被選為美國國家科學院的院士。
24、計算生物學—發現基因，預言蛋白質結構
ORNL的計算生物學研究人員在人類基因組工程中起著重要作用。2001年，《科學》和《自然》雜志特刊刊登了人類基因組草圖，這兩個特刊都提到了ORNL的生物信息學研究。ORNL的Frank Larimer、Jay Snoddy和Ed Uberbacher被列為那期《自然》主要論文的兩作者。Uberbacher和Richard Mural開發的GRAIL發現基因工具用於這項工作，《科學》雜志的基因組計劃大事記中也提到了它。
Ying Xu和Dong Xu開發了蛋白質結構預言和評估計算機工具盒（PROSPECT），即預言來自氨基酸序列的蛋白質三維結構的計算工具。了解這些特定的蛋白質三維結構對疾病的研究和發現葯物至關重要。PROSPECT可在幾小時而不是傳統實驗需要的數月就可確定蛋白質的幾何結構。它是世界上最佳的預言蛋白質結構的工具之一。
25、生物醫學技術—檢查和預防疾病
在過去的50年中，ORNL的研究人員發明了大的儀器，小型分析儀和小的晶元，用來診斷或預防人類疾病和小毛病。
1950年，由物理學家P. R. Bell領導的ORNL的一個組發明了一種改進閃爍譜儀，測量從磷光體產生與輻射打擊這些晶體成正比的光閃爍的次數和強度。多路分析儀用電子學裝置將這些閃爍記錄下來，能夠快速對β和γ輻射能量進行分析。
1956年，Bell的組找到將電子計算機並入醫學掃描儀更精確地突出吸收放射性同位素的腫瘤的方法，從而不必要開刀來檢查癌。ORNL開發的這些商業型號的成像機器被用於全世界的主要醫學中心，用來查出惡性腫瘤的位置，以便進行治療，延長患者的生命。
1961年，利用美國原子能委員會和美國國家衛生院提供的經費，由Norman Anderson領導的ORNL的一個組發現用於生產核反應堆燃料濃縮鈾離心技術的醫學應用。研究人員證明，根據大小和密度將物質分離成為分子組成部分的快速自旋分離機，通過去掉可造成免疫病人副作用的外來蛋白質，能夠純化疫苗。到1967年，以ORNL發明為基礎的商用帶狀離心機為無數人生產了更為安全的疫苗。
在Anderson的引導下，Charles Scott和其他ORNL的研究人員在六十和七十年代末發明了可提的快速離心分析儀，用於全美國的醫療診所。這些分析儀在幾分鍾內就能檢驗出血、尿和體內其他流體的成分，為醫療診斷記錄下數據。
這些機器中，最著名的是ORNL的GeMSAEC，它由國家衛生院的普通醫學科學處和原子能委員會共同資助。利用一個旋轉15個透明管通過光束的轉子，GeMSAEC將結果顯示在示波器上，將數據送入計算機，在以前一次分析所用的時間里完成15的醫學分析。以這一發明為基礎的醫學分析儀用於許多美國的診所。
在七十和八十年代，ORNL的Carl Burtis發明了可提血液轉子（blood rotor），它採用了最新的技術，根據GeMSAEC的概念加以改進。這個小的分析儀採用與光束存在的情況下的血液成分發生作用的各種試劑，旨在為診所醫師和獸醫快速和同時提供人和動物血液組成部分的測量結果。該技術於1992年轉讓給Abaxis公司，仍然生產以該技術為基礎的血液分析儀。
九十年代，由ORNL的Tuan Vo Dinh和位於Knoxville的湯姆森癌症救生中心（Thompson Cancer Survival Center）的Bergein Overholt和Masoud Panjehpour開發了一項確定食管腫瘤是良性還是惡性的非外科激光技術。
這個光學感測器採用內診鏡、光纖、激光和演算法規則收集和比較食道中的熒光圖形（正常的惡性組織不同）。該感測器已在湯姆森癌症救生中心200個患者的1000個樣品中經過試驗。在佔98%的試驗中，光學的和外科的活組織切片檢查結果一致。ORNL已經將光學活組織切片檢查技術轉讓給了Nashville的橡樹嶺癌症即刻化驗室。
Vo-Dinh、Alan Wintenberg和其他人發明了一種先進的多功能生物晶元系統，將來的某一天，它可在醫生的辦公室里很快診斷很多疾病。該項技術已經轉讓給了橡樹嶺的HealthSpex公司。
九十年代初期由ORNL的研究人員Mike Ramsey發明的「晶元實驗室」的改進型號被Caliper技術公司（Caliper Technologies）商品化。這些火柴盒大小的晶元有幾個比人的頭發還細的通道，它們與存儲器連接，所有的存儲器利用微加工技術都刻在極小的玻璃板上。晶元可以用來分析DNA、RNA、蛋白質和細胞。Caliper技術公司也在銷售針對發現葯物的高輸入輸出信息通過量實驗用的設備。該公司2001年的銷售額接近3000萬美元，比2000年增長59%。
26、智能機器—用機器人降低風險
機械操縱器早已用於高放射性物質工作屏蔽室，防止使用者接觸放射性物質。從七十年代晚期開始，ORNL的研究人員就發明了遙控的靈巧伺服操作器，可在電視上看這些操作器的工作。這樣的「遙控操作」技術能夠使在對人太危險的放射性區域的工作成為可能。這一技術擴展了阿貢國家實驗室提出的較早概念，啟動了ORNL機器人的研究。從此，遙控技術便應用到核燃料再加工、軍事戰場彈葯管理、加速器、聚變反應堆和美國能源部全國廢料廠環境清理工程（如遙控等離子體弧切金屬結構以拆除被污染的設備）。
27、有害輻射防護學和輻射計量學—幫助確定輻射防護的指導原則
1942年12月當芝加哥獲得第一個受控連鎖反應時，一些物理學家測量了工作地點的輻射強度。因為曼哈頓工程開始，所以需要用「有害輻射防護學」的方法測量由人造核素放射出的輻射和控制工作地點的放射性污染。
28、輻射屏蔽—安全第一
20世紀三十年代，Eugene Wigner發明了一個公式，表明有些材料比其他材料在接收或放慢中子散射中更為有效。這一工作確立了輻射防護研究的基礎。
到1951年，在Everitt Blizard的指導下，ORNL成為進行計算以確定需要防止人和設備受到有害輻射強度輻射的鉛、鋼和混凝土屏蔽的厚度和配置。對於後來流產的核飛機工程，ORNL的研究人員努力工作，以找到保護由小核反應堆提供動力的飛機機組人員免受輻射的重量輕的屏蔽材料。為了給這一工作提供數據，五十年代建造了ORNL整體屏蔽反應堆和塔式屏蔽裝置。
1958年，ORNL的研究人員開發了中子傳輸代碼和光子傳輸代碼，它們的屏蔽配置最佳地防止人類受到中子和伽馬射線的輻射。1959年，他們評估了為美國第一艘也是唯一的一艘核動力民用船隻Savannah號提出的反應堆屏蔽的有效性。
1966年，橡樹嶺電子直線加速器開始為屏蔽代碼開發者提供輻射如何與單個原子在屏蔽材料中發生相互作用方面的數據。該加速器幫助科學家們回答了像「中子輻射被原子核捕獲或散射掉了多少？」和「引起原子裂變多少？」這樣的問題。
1967年，ORNL開發了計算模擬代碼，該代碼仍然用來評價輻射屏蔽的有效性。1986年，橡樹嶺傳輸模型公布；這個第一次公開的輻射傳輸模擬代碼能夠解決極大、復雜和三維屏蔽問題。
ORNL的屏蔽研究正用於設計散裂中子源靶、醫學輻射治療和國土安全工程。ORNL的研究人員還對困難屏蔽問題的咨詢請求做出反應。
29、信息中心—分享科學數據
四十年前，ORNL所長Alvin Weinberg率領總統專門小組研究解決迅速增長的數據量問題。該小組建議成立專門的信息處理中心，負責為科學界評審、分析、壓縮和解釋科學文獻。
30、能源效率—能耗低冷卻度高
在過去的三十年中，ORNL率先開發出能耗低並對環境構成較小威脅的冷凍系統。之所以要這樣做，原因是七十年代以來，因為進口用於燃料的石油供應不穩定造成能源價格的上漲；需要降低燃煤電廠的目標，因而削減使氣候改變的二氧化碳的排放量，以及為保存保護我們的平流層臭氧層必須替換含有氟氯碳傳統冷卻劑。
31、能源效率—能耗低熱效高
地球幾乎儲存從太陽接收能量的一半，起碼高於人類每年需要能量的500倍。通過開發這個巨大的能源儲存能力，地熱加熱泵為建築物供熱製冷，並提供熱水。利用有不影響環境流體的地下管道，地熱加熱泵在冬天將來自較熱地的熱量傳誦到建築物，夏天將建築物里的熱量散發到較涼的地里。
32、能源效率—未來的建築
1974年阿拉伯石油對美國禁運，美國加油站排起長隊，能源價格節節盤升後，ORNL應邀作為聯邦政府節能研究的計劃管理者。由Roger Carlsmith領導的ORNL住戶節能計劃致力於減少家庭使用油、氣和電（20%由燃油廠提供）的問題。因為取暖和製冷佔美國平均家庭用的能量的50-70%，所以通過加絕緣切斷經過牆壁不需要的熱流，就可以大量降低能源消耗和支付的費用。ORNL的研究人員研究改進絕緣的方法，並計算家裡和公司加了絕緣後所節省的能量。
33、化學和質譜測定法取得成功
ORNL的化學家們率先發明了在其石墨反應堆會上將鈈從來自廢鈾燃料的其他裂變產物中分離出來，從而取得了該實驗室為結束第二次世界大戰而承擔的任務。
34、核物理和天文物理—從原子到爆炸的星球
ORNL的核物理研究始於四十年代晚期，主要是因為核飛機工程需要有關反應堆產生的中子的行為和對屏蔽材料效應的信息。1948年，Arthur Snell利用一台改進的3MV的靜電加速器開始了研究。這台3MV的靜電加速器是一台高壓直流加速器，通過用質子轟擊鋰產生中子束流。1951年，安裝了世界上同類加速器中能量最高的一台5MV的靜電加速器。
35、高性能計算—沖擊極限
50年來，ORNL在推進計算方面一直是領先者。1954年，Alston Householder領導的一個ORNL小組與阿貢國家實驗室合作建了一台計算機，與世界上其他計算機相比，其速度最快，數據存儲能力最大。被稱為橡樹嶺自動計算機和邏輯發動機的這台機器，幫助科學家們解決了核物理、輻射效應和研製厄運核飛機工程的屏蔽方面解決了許多問題。
36、軟體模擬—科學發現的模型
ORNL在世界范圍內對用於科學發現的軟體和演算法具有重大影響。八十年代晚期，ORNL開發出並行虛擬機（PVM）軟體。該軟體的用戶在九十年代中期超過40萬，在世界范圍內事實上成為將計算機組合成虛擬超級計算機的標准。
37、地理信息系統—跟蹤地球
1969年ORNL開創了地理信息科學，10多年以後商業地理信息系統（GIS）工業發展起來。GIS是一個計算機系統，它可以收集、存儲、控制和顯示地理信息，包括由衛星和飛機搜集的圖像。ORNL曾利用GIS將涉及局部到全球范圍問題的幾個多學科研究計劃結合在一起。
38、運輸後勤—找到捷徑
為可能採取的軍事行動，將部隊和所需要的裝備從美國基地運到國外基地，最快的路途是什麼？由於ORNL和田納西大學研究人員為美國空軍開發的特殊軟體，美國部隊和裝備可比以前更快地被空運到潛在的戰區。
39、生物量能量—一個木材的新世界
由於ORNL管理了20年的一項能源部計劃，工業有了更有效的用於造紙、建材和傢具的紙漿和木材來源。能源部生物能的供料開發計劃的原來目的，是開發可轉化為燃料在農場生長的可持續性的農作物。然而，由於ORNL與美國農業森林服務部門、農業研究站、多所大學和幾家林木產品公司的合作，選擇和開發了幾種快速生長的樹木和草，它們可用於木製產品和能源。白楊和柳枝稷作為典型的農作物出現。
40、聚變能源—尋找最後的能源來源
長期以來，從俄羅斯和日本到歐洲和美國的科學家們都在謀求開發聚變能作為豐富、安全和環境上友好的電力來源。為達到這一雄心勃勃的目標，他們必須克服科學和工程學科範圍內的問題。ORNL在國際聚變界以實際上在聚變科學和工程的每個學科中做出強大貢獻，並在開發聚變能方面具有保持中心作用技術的實驗室和聞名。
41、技術轉讓—從工作台到市場
四十多年來，ORNL開發的許多技術被轉化為構成作為創建新公司基礎的實用產品和服務項目。作為實驗室的一部分，ORNL的技術轉讓計劃及其帶來的經濟增長是基礎科學研究的「下游的」副產品。的確，自2000年4月30日以來，利用ORNL轉讓技術的30家新公司，包括橡樹嶺地區的許多公司成立。
42、科學教育—打下基礎
自從成立以來，ORNL就為教育培訓和研究機會提供了資源。1946年初Eugene Wigner成為ORNL負責研究的所長後，他建立了橡樹嶺反應堆技術學校。該校成為幾所大學核工程課程的典範，是ORNL對核能的最大貢獻。該校的畢業生中有的成為核工業的領導人，包括Hyman G. Rickover船長，他來到ORNL了解美國海軍是否可利用核能。
43、廢料管理—結束核周期
石墨反應堆變成臨界六十年後，今天，ORNL通過發現隔離核廢料的安全方法，正幫助結束核的周期。最重要的工作可能關繫到地質上處理用過燃料和高放射性核廢料儲存地的選址，它是導致國會批准絲蘭山（內華達州）作為可能處理場地努力的一部分。努力的過程開始於1955年美國國家科學院召開的專門制定美國永久處理反應堆廢料計劃的一次會議。與會的65名科學家中，有ORNL的科學家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。與會者推薦採用層狀鹽作為高放射性廢料處理的最佳方法，盡管存在其他的選項。
44、政府政策—幫助美國的科學發展
ORNL的研究已經為聯邦政府的科技政策決策者們提供了重要信息，造成爭論，有時成為各種法律、條例和其他政策的措辭。例如，自六十年代以來，ORNL的研究導致制定了幾個規章標准，這些標准改進了核電廠運行的安全。
45、ORNL的未來—下一代大科學園區
1943年，6000多名工人開始建造大約150棟建築物，後來它們構成ORNL。該實驗室的全體工作人員正在重建這一實驗室。除14億美元的散裂中子源SNS外，3億美元的現代化計劃將會使它能夠吸引下一代世界水平的科學家到ORNL工作。私人資助的設施:建在能源部立契轉讓的土地上，30萬平方英尺的設施里建有最先進的能源和計算科學實驗。

『貳』 原子彈的原理是什麼是怎麼被製造出來的為什麼很難製造

在74年前的1945年，美國分別於8月6日和8月9日向日本的廣島和長崎投下了剛研發成功的原子彈，日本天皇隨即於8月15日宣布日本無條件投降，提前結束了第二次世界大戰。

內爆式設計

祈望

原子彈、氫彈等核武器作為一種大規模殺傷性武器，具有極大的危險性，但同時由於其震懾力也使少數幾個有核大國取得了軍事平衡，誰也不敢動誰，很多人認為現在目前第三次世界大戰還沒有發生，核武器功不可沒。但畢竟這是一種危險的武器，現在大國設立了核不擴散條約制約無核國家研究核武器，我們希望視界和平，希望人類再也用不著核武器！

『叄』 激光器的發展史

激光器
laser
能發射激光的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相乾的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍，並指出了產生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石激光器。1961年A.賈文等人製成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以後，激光器的種類就越來越多。按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發展了自由電子激光器，其工作介質是在周期性磁場中運動的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。按工作方式分，有連續式、脈沖式、調Q和超短脈沖式等幾類。大功率激光器通常都是脈沖式輸出。各種不同種類的激光器所發射的激光波長已達數千種，最長的波長為微波波段的0.7毫米，最短波長為遠紫外區的210埃，X射線波段的激光器也正在研究中。
除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同，裝置的必不可少的組成部分包括激勵（或抽運）、具有亞穩態能級的工作介質和諧振腔（ 見光學諧振腔）3部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射佔主導地位，從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的定向性和相乾性。
激光工作物質 是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。
激勵(泵浦)系統 是指為使激光工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和激光器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。
光學共振腔 通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相乾的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。
[編輯本段]分類
激光器的種類是很多的。下面，將分別從激光工作物質、激勵方式、運轉方式、輸出波長范圍等幾個方面進行分類介紹。
按工作物質分類 根據工作物質物態的不同可把所有的激光器分為以下幾大類：①固體（晶體和玻璃）激光器，這類激光器所採用的工作物質，是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而製成的；②氣體激光器，它們所採用的工作物質是氣體，並且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同，而進一步區分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等；③液體激光器，這類激光器所採用的工作物質主要包括兩類，一類是有機熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl）則起基質的作用；④半導體激光器，這類激光器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉，從而產生光的受激發射作用；⑤自由電子激光器，這是一種特殊類型的新型激光器，工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域，因此具有很誘人的前景。
按激勵方式分類 ①光泵式激光器。指以光泵方式激勵的激光器，包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器，以及少數氣體激光器和半導體激光器。②電激勵式激光器。大部分氣體激光器均是採用氣體放電（直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入）方式進行激勵，而一般常見的半導體激光器多是採用結電流注入方式進行激勵，某些半導體激光器亦可採用高能電子束注入方式激勵。③化學激光器。這是專門指利用化學反應釋放的能量對工作物質進行激勵的激光器，反希望產生的化學反應可分別採用光照引發、放電引發、化學引發。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應所釋放出的能量來激勵工作物質的一類特種激光器，如核泵浦氦氬激光器等。
按運轉方式分類 由於激光器所採用的工作物質、激勵方式以及應用目的的不同，其運轉方式和工作狀態亦相應有所不同，從而可區分為以下幾種主要的類型。①連續激光器，其工作特點是工作物質的激勵和相應的激光輸出，可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行，以連續光源激勵的固體激光器和以連續電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類。由於連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應，因此多數需採取適當的冷卻措施。②單次脈沖激光器，對這類激光器而言，工作物質的激勵和相應的激光發射，從時間上來說均是一個單次脈沖過程，一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器，均採用此方式運轉，此時器件的熱效應可以忽略，故可以不採取特殊的冷卻措施。③重復脈沖激光器，這類器件的特點是其輸出為一系列的重復激光脈沖，為此，器件可相應以重復脈沖的方式激勵，或以連續方式進行激勵但以一定方式調制激光振盪過程,以獲得重復脈沖激光輸出,通常亦要求對器件採取有效的冷卻措施。④調激光器,這是專門指採用一定的 開關技術以獲得較高輸出功率的脈沖激光器，其工作原理是在工作物質的粒子數反轉狀態形成後並不使其產生激光振盪 (開關處於關閉狀態)，待粒子數積累到足夠高的程度後，突然瞬時打開 開關，從而可在較短的時間內（例如10～10秒）形成十分強的激光振盪和高功率脈沖激光輸出（見技術'" class=link>激光調 技術）。⑤鎖模激光器，這是一類採用鎖模技術的特殊類型激光器，其工作特點是由共振腔內不同縱向模式之間有確定的相位關系，因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的激光超短脈沖（脈寬10～10秒）序列，若進一步採用特殊的快速光開關技術，還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖（見激光鎖模技術）。⑥單模和穩頻激光器，單模激光器是指在採用一定的限模技術後處於單橫模或單縱模狀態運轉的激光器，穩頻激光器是指採用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩定在一定精度范圍內的特殊激光器件，在某些情況下，還可以製成既是單模運轉又具有頻率自動穩定控制能力的特種激光器件（見激光穩頻技術）。⑦可調諧激光器，在一般情況下，激光器的輸出波長是固定不變的，但採用特殊的調諧技術後，使得某些激光器的輸出激光波長，可在一定的范圍內連續可控地發生變化，這一類激光器稱為可調諧激光器（見激光調諧技術）。
按輸出波段范圍分類 根據輸出激光波長范圍之不同，可將各類激光器區分為以下幾種。①遠紅外激光器，輸出波長范圍處於25～1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區域。②中紅外激光器，指輸出激光波長處於中紅外區(2.5～25微米)的激光器件,代表者為CO分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器（5～6微米）。③近紅外激光器,指輸出激光波長處於近紅外區（0.75～2.5微米）的激光器件，代表者為摻釹固體激光器（1.06微米）、CaAs半導體二極體激光器(約 0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見激光器，指輸出激光波長處於可見光譜區（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一類激光器件，代表者為紅寶石激光器 （6943埃）、 氦氖激光器（6328埃）、氬離子激光器（4880埃、5145埃）、氪離子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可調諧染料激光器等。⑤近紫外激光器，其輸出激光波長范圍處於近紫外光譜區（2000～4000埃），代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子激光器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)準分子激光器(2490埃)以及某些可調諧染料激光器等⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長范圍處於真空紫外光譜區(50～2000埃）代表者為（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)準分子激光器（1730埃）等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處於X射線譜區（0.01～50埃）的激光器系統，目前軟X 射線已研製成功，但仍處於探索階段
[編輯本段]激光器的發明
激光器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程，從而獲得產生、放大相乾的紅外線、可見光線和紫外線（以至X射線和γ射線）的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。
激光器的誕生史大致可以分為幾個階段，其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出，處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉變到低能態，並產生第二個光子，同第一個光子同時發射出來，這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大，而且是相干光，即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。
此後，量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識，微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明，這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論，為激光器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末，量子電子學誕生後，被很快應用於研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用，並研製出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為激光器的發明創造了條件。
如果一個系統中處於高能態的粒子數多於低能態的粒子數，就出現了粒子數的反轉狀態。那麼只要有一個光子引發，就會迫使一個處於高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子，這兩個光子又會引發其他原子受激輻射，這樣就實現了光的放大；如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振盪，從而發射出激光。這就是激光器的工作原理。1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉，並獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍後，美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先後提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。
然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬於「純科學」，對於激光器到底能否研製成功，在當時還是很渺茫的。
但科學家的努力終究有了結果。1954年，前面提到的美國物理學家湯斯終於製成了第一台氨分子束微波激射器，成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振盪器的先例。
湯斯等人研製的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波，功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理，以產生新的性能優異的光源。1958年，湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來，提出了採用開式諧振腔的關鍵性建議，並預防了激光的相乾性、方向性、線寬和噪音等性質。同期，巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。
此後，世界上許多實驗室都被捲入了一場激烈的研製競賽，看誰能成功製造並運轉世界上第一台激光器。
1960年，美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，勉強贏得了這場世界范圍內的研製競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使這一點達到比太陽還高的溫度。
「梅曼設計」引起了科學界的震驚和懷疑，因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖激光器。
盡管梅曼是第一個將激光引入實用領域的科學家，但在法庭上，關於到底是誰發明了這項技術的爭論，曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是「激光」(「受激輻射式光頻放大器」的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時，微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關激光的概念。經法庭最終判決，湯斯因研究的書面工作早於古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發明權卻未受到動搖。
1960年12月，出生於伊朗的美國科學家賈萬率人終於成功地製造並運轉了全世界第一台氣體激光器——氦氖激光器。1962年，有三組科學家幾乎同時發明了半導體激光器。1966年，科學家們又研製成了波長可在一段范圍內連續調節的有機染料激光器。此外，還有輸出能量大、功率高，而且不依賴電網的化學激光器等紛紛問世。
由於激光器具備的種種突出特點，因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面，並在許多領域引起了革命性的突破。比如，人們利用激光集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鑽200個孔；激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業的實際應用上取得了良好效果；在通信領域，一條用激光柱傳送信號的光導電纜，可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量；激光在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外，多種激光武器和激光制導武器也已經投入實用。
今後，隨著人類對激光技術的進一步研究和發展，激光器的性能將進一步提升，成本將進一步降低，但是它的應用范圍卻還將繼續擴大，並將發揮出越來越巨大的作用。
[編輯本段]激光器的種類
1. 氣體激光器
在氣體激光器中，最常見的是氦氖激光器。世界上第一台氦氖激光器是繼第一台紅寶石激光器之後不久，於1960年在美國貝爾實驗室里由伊朗物理學家賈萬製成的。由於氦氖激光器發出的光束方向性和單色性好，可以連續工作，所以這種激光器是當今使用最多的激光器，主要用在全息照相的精密測量、準直定位上。
氣體激光器中另一種典型代表是氬離子激光器。它可以發出鮮艷的藍綠色光，可連續工作，輸出功率達100多瓦。這種激光器是在可見光區域內輸出功率最高的一種激光器。由於它發出的激光是藍綠色的，所以在眼科上用得最多，因為人眼對藍綠色的反應很靈敏，眼底視網膜上的血紅素、葉黃素能吸收綠光。因此，用氬離子激光器進行眼科手術時，能迅速形成局部加熱，將視網膜上蛋白質變成凝膠狀態，它是焊接視網膜的理想光源。氬離子激光器發出的藍綠色激光還能深入海水層，而不被海水吸收，因而可廣泛用於水下勘測作業。
2. 液體、化學和半導體激光器
液體激光器也稱染料激光器，因為這類激光器的激活物質是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發它們發射出激光，一般採用高速閃光燈作激光源，或者由其他激光器發出很短的光脈沖。液體激光器發出的激光對於光譜分析、激光化學和其他科學研究，具有重要的意義。
化學激光器是用化學反應來產生激光的。如氟原子和氫原子發生化學反應時，能生成處於激發狀態的氟化氫分子。這樣，當兩種氣體迅速混合後，便能產生激光，因此不需要別的能量，就能直接從化學反應中獲得很強大的光能。這類激光器比較適合於野外工作，或用於軍事目的，令人畏懼的死光武器就是應用化學激光器的一項成果。
在當今的激光器中，還有一些是用半導體製成的。它們叫砷化鎵半導體激光器，體積只有火柴盒大小，這是一種微型激光器，輸出波長為人眼看不見的紅外線，在0.8～0.9微米之間。由於這種激光器體積小，結構簡單，只要通以適當強度的電流就有激光射出，再加上輸出波長在紅外線光范圍內，所以保密性特別強，很適合用在飛機、軍艦和坦克上。
3. 固體激光器
前面所提到的紅寶石激光器就是固體激光器的一種。早期的紅寶石激光器是採用普通光源作為激發源。現在生產的紅寶石激光器已經開發出許多新產品，種類也增多。此外，激勵的方式也分為好幾種，除了光激勵外，還有放電激勵、熱激勵和化學激勵等。
固體激光器中常用的還有釔鋁石榴石激光器，它的工作物質是氧化鋁和氧化釔合成的晶體，並摻有氧化釹。激光是由晶體中的釹離子放出，是人眼看不見的紅外光，可以連續工作，也可以脈沖方式工作。由於這種激光器輸出功率比較大，不僅在軍事上有用，也可廣泛用於工業上。此外，釔鋁石榴石激光器或液體激光器中的染料激光器，對治療白內障和青光眼十分有效。
4. 「隱身」和「變色」激光器
另外還有兩種較為特殊的激光器。一種是二氧化碳激光器，可稱「隱身人」，因為它發出的激光波長為10.6微米，「身」處紅外區，肉眼不能覺察，它的工作方式有連續、脈沖兩種。連接方式產生的激光功率可達20千瓦以上。脈沖方式產生的波長10.6微米激光也是最強大的一種激光。人們已用它來「打」出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現是激光發展中的重大進展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支長1米左右的放電管。它的一端貼上鍍金反射鏡片，另一端貼一塊能讓10.6微米紅外光通過的鍺平面鏡片作為紅外激光輸出鏡。一般的玻璃鏡片不讓這種紅外光通過，所以個能做輸出鏡。放電管放電時發出粉紅色的自發輻射光，它產生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發出耀眼的白光。做實驗時，一不小心就會把自己的衣服燒壞，裸露的皮膚碰到了也要燒傷，所以這種激光器上都貼著「危險」的標記，操作時要特別留神。
5.近紅外光譜儀
近紅外光譜儀專為滿足實際應用的挑戰而設計的，具有卓越的性能、長期穩定性、結構緊湊和超低功耗的優點。
二氧化碳激光器形式很多。放電管最長的達200多米，要佔據很大的場地。科學家想出辦法，將筆直的放電管彎成來回轉折的形狀，或是把放電管疊起來安裝，將它們的實際長度壓縮到20米左右；為了使激光器的光路不受振動的影響，整個器件安放在地下室粗大的管道內。後來發明的一種稱為橫向流動的二氧化碳激光器，長度縮到只有一張大辦公桌那樣長短，能射出幾千瓦功率的激光。這樣的激光器已被許多汽車拖拉機廠用來加工大型零件。輸出功率更大的一種二氧化碳激光器結構像大型噴氣發動機，開動起來聲音響得嚇人，它能產生上百萬瓦的連續激光，是連續方式發射激光中的最強者。最初的激光打坦克靶實驗，用的就是這種激光器。它是科學家把空氣動力學和激光科學相結合而製造出來的。
以脈沖方式發射的二氧化碳激光器也有很多種，在科研和工業中用途極廣。如果按每一脈沖發出的能量大小作比較，那麼，脈沖二氧化碳激光器又是脈沖激光器中的最強者。
這里，我們要回到激光先驅者湯斯曾經研究過的問題上來，談一談毫米波的產生。隨著激光技術的發展，許多科學家對這一難題又發起了進攻：採用放電或利用強大的二氧化碳激光作為激勵源去激發氟甲烷、氨等氣體分子，一步步地把發射出來的激光波長延長，擴展。開始達幾十微米，後來達幾百微米，也就是亞毫米波了。本世紀60年代中期到70年代中期，隨著微波技術的發展，科學家根據激光的原理和方法產生了毫米波。這樣，從光波到微波之間的空白地帶便被不斷發現的新紅外激光填補了。
從研究中，科學家發現毫米波很有實用價值：大氣對它的吸收率很小、阻礙它傳播的影響也小，可以用它來作為新的大氣通訊工具。
另一種比較特殊、新穎的激光器，可以形象地稱它為「變色龍」。它不是龍，但確實能變色；只要轉動一個激光器上的旋鈕，就可以獲得紅、橙、黃、綠、青、藍、紫各種顏色的激光。
難道染料跟激光器也有關系嗎？一點也不錯。這種激光器的工作物質確實就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。科學家至今還沒有弄清楚這些染料的分子能級和原子結構，只知道它們與氣體工作物質的氣體原子、離子結構不一樣；氣體產生的激光有明確的波長，而染料產生的激光，波長范圍較廣，或者說有多種色彩。染料激光器的光學諧振腔中裝有一個稱為光柵的光學元件。通過它可以根據需要選擇激光的色彩，就像從收音機里選聽不同頻率的無線電台廣播一樣。
染料激光器的激勵源是光泵，可以用脈沖氙燈，也可以用氮分子激光器發出的激光。用一種顏色的激光作光泵，結果能產生其他顏色的激光可以說是染料激光器的特點之一。
這種根據需要可以隨時改變產生激光的波長的激光器，主要用於光譜學研究；許多物質會有選擇地吸收某些波長的光，產生共振現象。科學家用這些現象分析物質，了解材料結構；還用這些激光器來產生新的激光，研究一些奇異的光學和光譜學現象。

『肆』 勞倫斯伯克利國家實驗室的成就

幾十年的成就：
¨發明了迴旋加速器 － 歐內斯特·勞倫斯（E.O. Lawrence）獲得1939年諾貝爾物理獎的圓形加速器；
¨發現了鍀 － 成為醫學中最廣泛應用鍀放射性同位素的第一個人造元素；
¨建造了60英寸鍀迴旋加速器 － 誕生了克羅克輻射實驗室和核醫學；
¨發現了鎿和鈈 － 產生了第一個超鈾元素，Edwin McMillan 和Glenn Seaborg獲得1951年諾貝爾化學獎；
¨發現了碳14 － 稱為測定人類史前古器物年代的原子鍾；
¨建造了184英寸的同步迴旋加速器 － 由加州大學伯克利分校校園移到伯克利山上的位置；
¨發明了第一台質子直線加速器 － 至今腫瘤門診用於治療癌症的一種類型的加速器；
¨發現了錇 － 一種放射性的稀土金屬；
¨發明了Anger照相機 － Hal Anger研製出第一台組織中成像放射性同位素伽馬射線照相機；
¨發明了液氫泡室 － 使Donald Glaser獲得1960年諾貝爾物理獎；
¨建造了貝伐特朗質子加速器 － 加速器擊碎10億電子伏特質子（GeV）的障礙；
¨發現了反質子 － Emilio Segrè和Owen Chamberlain獲得1959年諾貝爾物理獎；
¨發現了反中子 － 反物質或鏡象物質擴大到包括電中性基本粒子；
¨確定了碳的光合作用路徑 － Melvin Calvin獲得1961年諾貝爾化學獎；
¨發現了銠 － 按LBNL創始人Ernest O. Lawrence 命名的放射性稀土金屬；
¨88英寸迴旋加速器開放 － 今天仍用於研究電離輻射對基於空間電子學的效應；
¨發明了化學激光器 － 成為最通用和廣泛使用的科學工具之一；
¨發現了基本粒子中的「共振態」－ Luis Alvarez獲得1968年諾貝爾物理獎；
¨正電子斷層照相（PET）獲得突破 － 開發出世界上用於診斷研究解析度最高的PET掃描儀
¨發現了j/psi粒子 － 包括粲誇克第一個證據的介子；
¨發現了106號元素Sg － 以LBNL諾貝爾獎獲得者Glenn Seaborg 命名的放射性合成元素；
¨建造了貝伐拉克 － 超級重離子直線加速器和貝伐特朗質子加速器組合在一起將重離子加速到相對論的能量；
¨發明了時間投影室 － 時間投影室仍然是高能物理粒子探測器的重負荷設備；
¨超導磁鐵打破特斯拉記錄 － LBNL成為世界上超導電磁技術的領導者；
¨在斯坦福建造了正負電子對撞機 － 與SLAC國家加速器實驗室聯合建造的項目誕生了第一台物質反物質對撞機；
¨在帕克菲爾德（Parkfield）開始進行地震研究 － LBNL成為地下成像技術的領導者；
¨構思出10米望遠鏡 － 提出世界上最大光學望遠鏡中現在使用的分節反射鏡；
¨發明了SQUIDs － 測量超微型磁場用的超導量子干涉設備（SQUIDs）；
¨發明了智能窗 － 嵌入的電極能使窗戶的玻璃對陽光的變化作出反應；
¨恐龍滅絕 － 銥在KT邊界的異常使恐龍滅絕與小行星撞擊地球聯系在一起
¨國家電子顯微術中心開放 － 世界上最強大的電子顯微鏡之家將產生第一批碳原子晶格圖象；
¨創造了DOE-2程序 － 用於模擬加熱、照明和空調費用的節能計算程序；
¨觀測到了集體流 － 核物質可壓縮到高溫和密度的第一個直接證據推動尋找誇克膠子等離子體；
¨交叉分子束研究 － 李遠哲贏得1988年諾貝爾化學獎；
¨發明了核磁共振魔角和雙旋轉 － 一系列新核技術中的第一種，使核磁共振技術從固體擴展到液體和氣體；
¨確定了好的和壞的膽固醇 － 在膽固醇種發現了兩種形式的脂蛋白，高密度和低密度，前者是好的，後者對心臟病是壞的；
¨固態熒光燈鎮流器 － 高頻電子鎮流器導致商業開發出緊湊型熒光燈；
¨分子束外延（MBE）－4 惰性聚變能實驗－ 直線加速器加速並將平行的重離子束聚焦到1 MeV，提供了磁聚變能的一種替代物；
¨北極發現煤煙 － LBNL的黑碳儀揭示在北極輻射吸收黑色顆粒濃度大，說明污染是全球性的問題；
¨發明了隨機渦方法 － 數學模型描述湍流，在宇宙中最常見的運動形式；
¨創造了下一代氣凝膠 － LBNL研製96%是空氣的材料，導致建立美國第一個商業氣凝膠公司；
¨建立了正常人上皮細胞株 － 形成在培育中無限生活的細胞為癌症研究打開新的大門；
¨揭開了氡的危險 －發現氡氣通過地下室進入家庭在美國某些地區構成重大輻射危險；
¨提出細胞外基質理論 － 突破性的理論將乳腺癌的發展與圍繞乳腺細胞的微環境崩潰聯系在一起；
¨人類基因組工程開始 －被指定能源部兩個中心之一的LBNL進行繪制和對人類基因組進行排序，該項目於2003年成功完成；
¨發明了固體聚合物電池 － 新種類的聚合物陰極使新家族的輕型充電電池成為可能；
¨COBE衛星記錄早期宇宙的萌芽 － LBNL搭載美國宇航局衛星的探測器揭示導致產生今天星系的宇宙微波背景的波動；
¨先進光源ALS開放 － 產生世界上用於科學研究的最亮的軟X射線和紫外光；
¨確定了心臟病的基因 － 新的證據將動脈硬化症與一個單個顯性基因聯系在一起；
¨超硬碳氮化合物 － 在理論模型基礎上設計的新化合物比鑽石更強硬；
¨第一次看到DNA雙螺旋線 － 不變的DNA圖像讓科學家門首次看到雙螺旋線；
¨凱斯特森（Kesterson）水庫威脅揭密 － LBNL發現被農業徑流硒污染野生動物庇護所暴露普遍的生態危害；
¨第一個飛秒X射線束流 － 先進光源ALS的束流脈沖長度被限定到僅一秒的十億分之幾秒；
¨發明了硫燈 － 實驗室科學家們幫助分子發射器產生的能效比傳統白熾燈泡高四倍和亮度高700倍；
¨國家能源研究科學計算中心移到LBNL － LBNL成為國家能源研究科學計算中心的東道主，該中心是美國能源部科學局的旗艦科學計算設施；
¨細胞衰老與癌症 － 生物測定幫助科學家們確定在活著的有機體中的生物衰老細胞，並發現與癌症的聯系；
¨世界上最強大的伽馬探測器（Gammasphere）亮相 － 世界上最敏感的伽馬輻射探測器賦予好萊塢靈感，生產出好萊塢大片《綠巨人》；
¨構思出B工廠 － 與SLAC合作建造第一台不對稱粒子對撞機，稱為B工廠，它將繼續顯示CP破缺的第一個證據；
¨鐮狀細胞和轉基因小鼠唐氏綜合征 － 帶有人類基因的小鼠模型模仿鐮狀細胞疾病和將DYRK（蛋白激酶）基因與智力低下症聯系在一起；
¨傳輸控制協議/網際網路互聯協議（TCP / IP）的流量控制演算法 － LBNL開發的演算法大大減少網路的交通擠塞情況，並被廣泛地與認為能夠防止互聯網發生不可避免的擁塞崩潰；
¨發現了頂誇克 － LBNL的科學家參加了在Tevatron上進行的兩個歷史性CDF和D0實驗，找到預測的六個誇克中最後、也是最難以捉摸的頂誇克；
¨紫外線凈水器防止霍亂暴發 － 紫外線光快速和廉價消毒偏遠地區的水；
¨尤卡山的3維計算機模型－ 水文地質模型顯示核廢料儲存庫選在內華達山是合理的；
¨發現了暗能量 － 超新星宇宙學項目揭示被稱為「暗能量」的反引力導致宇宙加速膨脹；
¨微管蛋白的第一個三維原子尺度模型 － 圖像揭示靈活蛋白質的結構，它啟動生物細胞的有絲分裂和其他關鍵功能；
¨完成散裂中子源的前端系統 － LBNL完成為散裂中子源產生負氫離子並將其發送到田納西州橡樹嶺國家實驗室的加速器的工作。
¨來自加拿大中微子觀測站（SNO）的初步結果表明中微子質量 － 來自SNO第一年的數據揭示了詭異亞原子粒子的微小質量；
¨開發了混合型太陽能電池 － 納米技術與塑料電子學相結合，產生可以大量生產多種不同形狀的光電設備；
¨南大洋和弗里奧（Frio）試驗 － 實驗室開始在南極海岸和得克薩斯州休斯敦附近的深部鹹水含水層進行碳固存研究；
¨發明了小人激光器 － 紫外發光納米線激光器測量100納米的直徑，或千分之一的人的頭發
¨發明了伯克利燈 － 熒光台燈比傳統台燈減少50%的能源費用；
¨合成生物學的突破 － 在主要研究所的第一個合成生物學部創造了抗瘧疾和抗艾滋病的超級葯物合成基因；
¨創造了世界上最小的合成電動機 － 由碳納米管和金子製作的旋轉電動機長度低於300納米；
¨分子鑄造廠開放 － 能源部國家用戶設施，專門用於涉及、合成和表徵納米尺度材料。
¨將窗變成了節能器 － LBNL開發出阻止熱夏天進入冬天熱逃脫的窗口鍍膜；
¨斜屋頂防全球變暖 － LBNL在分析和實現反射陽光、降低表面溫度和大幅度消減冷卻費用的冷屋頂材料中處於領先地位；
¨保存了不久以前的聲音 － 實驗室的科學家們研製出一種進行數字化改造過於脆弱無法播放的老化錄音，如從19世紀後期愛迪生蠟盤的高科技方式。
¨使器具物盡其職 － LBNL的科學家們幫助擬定了各種器具的聯邦政府能效標准；
¨創造了超小型DNA取樣器 － 確定空氣、水和土壤樣品中微生物的工具，廣泛用於公共衛生、醫學和環境清除項目；
¨開發超強氣候模型 － 在LBNL國家能源研究科學計算中心進行的氣候模擬幫助使全球變暖稱為餐桌上的交談話題；
¨促成了中國的能源效率－ 中國在制定能源標識和電器標准時，LBNL給予了相當大的支持，還幫助提高中國的住宅和商業樓宇以及工業部門如水泥製造業的能源效率；
¨使星星更近 － 二十世紀七十年代LBNL開發的革命性的望遠鏡技術能使科學家們一睹數十億光年遠的超新星。拼接鏡面設計用於世界上的許多天文台。

『伍』 勞雷地球物理勘探系列設備

勞雷工業公司

地震勘探儀器設備

三維地震系統DZ系列地震儀

DZ是一個道數為4，6，8道採集站，24位A/D轉換器，工業標准高速千兆乙太網數據傳輸，0.02ms～16ms采樣，任何PC座機可作主機控制器，可完成多線三維地震勘探，多達16線，每線480道。

地球物理儀器匯編及專論

StrataVisorNZXP型地震儀

NZXP系列地震儀用到了Crystalsigma-deltaA/D轉換器和Geometrics專利的過采樣技術，實現了24位A/D轉換的精度。可廣泛用於折射、反射、地震監測、炸葯震源，PRS-1為隨機夯擊震源的勘探。NZXP系列可以作為一個遙測記錄中心來控制Geode採集站，最多可以控制多達1000道以上，也可以作為一個獨立的單元構成12～64道的單箱體地震儀。

地球物理儀器匯編及專論

Geode輕便地震採集系統

Geode是一個道數為8、12、16或24道，實現24位A/D轉換器的地震數據採集站，中央記錄系統可以由一個攜帶型計算機或一個StrataVisorNZ型地震儀來完成。適合工程勘察等多領域的勘探工作。

地球物理儀器匯編及專論

輕便可控源城市地震勘探系統

這是一套獨特的輕便偽隨機震源、可實現抗干擾淺層地震勘探系統（Minisosie）。系統包括輕便的建築通用夯機震源、多道地震數據記錄儀，內置實時相關信號處理軟體。能快速完成相關處理，是目前開展城市地震的利器。

地球物理儀器匯編及專論

全波多種類型的可控地震震源

大型可控震源：HEMI35（T）；HEMI44；HEMI50；HEMI160。P波峰力輸出分別為35000磅，44000磅，48000磅，50000磅和60000磅，車載，主要用於油氣勘探。

地球物理儀器匯編及專論

地震觀測儀器設備

Nanometrics Trillium 地震計

Nanometrics是世界頂級專門研製地震監測儀器和各類寬頻地震擺（感測器）的精密儀器製造公司。他的地震監測系統特供全球動力地震研究網路中心IRIS，產品暢銷全球 200 多個國家和地區。

Nanometrics Trillium寬頻地震計採用均衡三軸設計，唯一移動無須鎖擺的寬頻地震計，無須重新對中。擁有穩定的低噪音和平直的頻率響應等優異性能，超低的能耗和優秀的溫度穩定性特點更是當前地震觀測的理想選擇

Nanometrics Trillium Compact地震計

微型地震計，超小體積和重量，更低能耗，同樣低噪音、同樣堅固穩定的優異性能。便於攜帶和安裝，更加適應野外應用。

Taurus多道地震監測記錄儀

Taurus是攜帶型地震記錄儀，集各種功能於一體，輕便小巧，可直接跟各類地震感測器介面連接讀數，連續記錄超過 600 天，耗電量僅 680MW。這種新一代地震記錄儀可聯通Internet,無線和VSAT進行網路通訊。除此以外，在野外環境下，Taurus無須用到任何像筆記本電腦、計算機、PDA或外接中轉等幫助來記錄和讀取各種記錄數據。

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電法勘探儀器設備

EH-4 型連續電導率剖面儀

該系統由GEOMETRICS公司和EMI公司聯合研製，為世界首創的變頻率電磁測深系統。採用獨特的正交磁偶極可控源，結合地震儀技術，系統可快速、自動、多頻率採集數據。每個點採集時間為 5～20 分鍾。勘探深度2～1500m，通常 1000m左右，可現場實時彩色成像，是目前煤田、礦產、地下水、凍土層、山區工程、礦井工程、淺層油氣勘探及AMT靜校的最佳電磁儀器。

全新數字化大功率TerraTEM瞬變電磁系統

TerraTEM是澳大利亞Monex GeoScope公司生產的收發一體化瞬變電磁系統。儀器採用最新電子技術開發的數字化採集系統，精度高，穩定，輕便化，接收和發射可使用相同的線圈，也可以使用分體線圈。外接大功率發射機系統，電流可達到 50A，可做更深的地質勘探。

地球物理儀器匯編及專論

新型全功能多電極高密度地面、水上、井中直流電法（AGI）

輕便小巧的高密度直流電法儀，將多個（4～256 個）電極排列以自動控制，編程組合的方式，實現自動快速的高密度快速採集。新型SuperstingTM R8/IP程式控制開關可一次性測量 8 個通道，大大縮短了自動測量剖面的時間，並且可以實現（IP）激電測量，在獲得電阻率剖面的同時，獲得同一地點的極化率剖面。儀器有配套的 1D、2D、3D、4D軟體。同時可做井中、水上、水下測量。

地球物理儀器匯編及專論

高信噪比的IPR–12 時間域激發極化/電阻率接收機

IPR–12 時間域激發極化/電阻率接收機，主要用於金屬礦藏的勘探，也用於地下水以及地熱資源的地電測量，通常能達到較大深度。IPR–12 可同時進行 8 道偶極測量，其效率遠遠高於傳統的單道偶極測量。這種優點對於孔中採集特別有價值，可減少電極移動。內置的永久存貯記錄與測量數據相關的所有信息，免除了手工備注之不便。IPR–12 接收機與PC機兼容，可以將電子數據傳輸到PC機進行快速處理。IPR–12 讀數簡單快捷，只需敲擊幾個功能鍵，因為IPR–12 擁有電阻自動檢測功能、自電位SP反向補償及增益設置。該儀器以高解析度和高信噪比受業內人士認可，同時可兼容任何IP發射機。

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航空電磁勘探系統AeroTEM

AeroTEM系統是一個數字直升機載時域電磁系統，利用高功率發射機驅動一個多匝發射線圈和兩個接收線圈，接收線圈處於發射線圈內。這種配置最大程度地增大了解析度和辨識力，最小限度減小岩石導電性的影響，並最大限度提高在崎嶇的地形和強風環境下的性能。

高空間解析度的AeroTEM系統與其他直升機載電磁系統相比，產生更多的響應窗口，能更好地分離單個目標的導電性，可以區分極度傾斜地寶層以及水平的厚岩體。AeroTEM發射機接收平台非常堅固，由於它的剛性結構，可以在強風等惡劣天氣以及富有挑戰性的地形下操作。

在大多數情況下，AeroTEM探測到的目標可直接鑽探，而無需後續的地面調查。

地球物理儀器匯編及專論

GEM系列寬頻帶多頻電磁勘探儀

GEM–2 寬頻帶多頻電磁勘探儀（EM系統）：一種攜帶型、數字化、可編程的寬頻帶電磁勘探儀器。其特點是技術新，使用簡便，適合淺層地質勘探、環境調查和工程地質勘測。GEM–2 的發射和接收線圈固定在一個配有背帶的、貌似滑雪板的裝置中，包含所有電子元件的機匣可以嵌入在板上，掌中電腦（PDA）粘貼在機匣上作為用戶界面和顯示。

GEM–3寬頻多頻數字電磁探測器：適用於金屬物的探測，例如地下埋藏的金屬物、未爆物品和軍火等。它重量輕、便攜、用途廣泛，基本配置的重量為 10 磅（5kg）。因為它是完全數字化的，故可以在許多其他的操作模式中對它進行編程。

GEM–5 電磁感應梯度測量儀：一種由車輛牽引或者安裝在車輛上的電磁感應梯度測量儀，具有高密度的三維空間採集數據功能；該系統主要應用於環境領域，尋找未爆炸武器；也可應用於探測埋藏物等民用領域。按照一般的應用情況來看，在惡劣的環境中，它可用於探測和尋找地雷和簡易爆炸裝置。

GEM–5B電磁感應梯度測量儀：是GEM-5 的加強版，為探測深部的埋藏物提供了更大的發射磁矩。採用車拖式的工作方法。該系統可用於地質測繪、大壩和提防檢查，也可以用於探測/描繪人工製造地下建築物，諸如秘密的地下隧道等。該系統還可以通過測量來自建築物中的本底電磁雜訊數值來探測帶有負載的供電線路。

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Ohm Mapper電阻率成像儀

Ohm Mapper是基於雙偶極方式電阻率測量方法的一種電容耦合式電阻率測量儀器，專門用來測量岩土電性而無需打金屬電極。一根同軸電纜上配置有發射器和多級接收器，沿地表單人拖拉快速採集，實時成像，比傳統的直流電法快出多倍。可廣泛用於探測地下水、工程檢查、礦產調查、建築質檢、研究等領域，是地表高阻地區的最佳測量儀器。

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重力測量儀器設備

CG-5 微伽級流動型電子測量重力儀

SCINTREX公司推出的整體熔凝石英彈簧自動電子讀數重力儀，1 微伽解析度，5 微伽精度，適合野外流動重力測量，與零長彈簧相比搬運時不用鎖擺，重復性好，基本無掉格、線性溫漂可自動校正、僅需 1～2 分鍾即可完成單點測量，是當前基於熔凝石英彈性系統的最好重力儀。

拉科斯特高精度g-phone潮汐重力儀

一種攜帶型固體潮汐重力儀。原型號為PET，1996 年問世，量程為 7000 毫伽，數據的長期觀測記錄既可用台式PC機，也可用筆記本PC機。記錄軟體以Windows為平台。經我公司升級，目前為g-phone型，可以實現網路控制和遠程數據下載，也可直接作為加速度計，記錄地震事件。

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

高精度攜帶型絕對重力儀

高精度絕對重力儀FG-5，FG5-L:適用於高精度觀測地震、地殼垂直運動、火山監測、長周期固體潮運動周期觀察、原子能廢料清理、油氣勘探、力感測器的校準、單位千克的重新定義、重力標准站、相對網路控制點及大G的測定等領域，精度可達1×10^–8m/s²(MGal),觀測時間<2小時。

A10攜帶型絕對重力儀：這是一種可車載移動小型絕對重力儀，自動讀數，使用方便。雙探頭系統，10μG精度，觀察時間僅需10分鍾。用12V電池。採用穩定激光以及標准時鍾保持其絕對標定。不用網路迴路閉合校正，不用進行漂移修正，毋需使用已知參考基站。

地球物理儀器匯編及專論

GWR台站式超導重力儀

GWR超導重力儀是目前世界上最靈敏的重力儀，其測量精度可達0.01微伽。儀器採用液氦冷卻，有不同尺寸的杜瓦瓶可供選擇。長期觀測的台站式安裝可加裝外部電製冷裝置以減少氦消耗。輕便的小型杜瓦瓶可構成攜帶型台站觀測系統。新一代的iGrve體積更小，精度可達0.001微伽，可用於各種目的的4D測量。

Scintrex公司高精度航空及海洋重力儀

這是Scintrex的另一王牌產品。帶有陀螺穩定平台的航空/海洋型重力儀，以每秒200次的速度自動對飛機或船隻的各種姿態變動進行實時調整補償，從而使重力感測器始終處於水平測量狀態。航空及海洋型重力儀的動態實測精度均為0.2～1毫伽。

磁力測量儀器設備

ENVI-PRO質子磁力儀

SCINTREX公司最新生產的帶GPS定位功能的ENVI-PRO質子磁力儀，輕便且節省費用，多年來一直成功地應用於礦產和油氣勘探。該磁力儀普遍用在鐵礦石勘探、地質測繪、考古及岩土工程等領域。ENVI-PRO系統的核心控制單元輕便，擁有大窗口字元顯示屏和大容量內存，與其多功能配置相適應。該系統包括各種相應功能的感測器及其附件、背包、可充電電池、充電器、RS-232串列電纜和運輸箱。系統具有生產效率高、數據回放快、測量作業簡便、時間節省、可隨時升級等優點。

G-858銫光泵高精度磁力儀

Geometrics最新一代磁力儀，以其高靈敏度（0.02伽馬）及高采樣率（每秒10次采樣）而深獲各界的厚愛。目前的型號有：G-858SX和G-858G型攜帶型磁力儀/梯度儀，主機智能化程度極高，完全菜單式操作，本機LCD屏幕可同時顯示多條側線剖面結果以便實時分析異常。極高的采樣率可以快速行進測量而不停下來，直接外加GPS則可實現無規則側線掃描成圖。適用於快速地質填圖、掃雷、管線及場地清理調查。

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

CS-3航空磁力儀

SCINTREX公司繼CS-2之後推出改進後的CS-3高精度銫光泵航空磁力儀，它具有全自動南、北半球調整開關，靈敏度可達0.0006nt/Hz，測量盲區小等特點。

航空動態實時磁補償/數據記錄系統

RMS的（D）AARC500基於原有的AADCII系統，多年以來，一直是世界各地地球物理勘探行業航磁補償的現實標准。（D）AARC500是RMS公司經過多年的研發，以及與加拿大國家研究委員會的飛行研究實驗室的共同協作結果。它繼承了AADCII的低成本高效率、產出優良、具有一致性數據的傳統特性。

該系統是建立於優良的、非常可靠的硬體，證明在多種裝置中使用具有成熟的、強大的補償演算法。與補償一致的是：數據採集同樣具有無與倫比的性能、精確度以及可靠性。

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

RMS的(D)AARC500可用於直升機以及固定翼飛機的航磁（收錄）補償。

最新推出的AARC510用於無人機測量。

透地雷達儀器設備

多種透地雷達

SIR-20多通道高速透地雷達：世界著名的GSSISIR系列透地雷達已有40多年的歷史，有超過2000多套的SIR系列透地雷達在世界各地使用，是國際物探和工程屆公認的最優秀產品。GSSI參與了美國交通部組織的戰略高速公路研究計劃，SIR系統成為美國聯邦交通部所推薦的唯一可達到速度和精度要求的公路路面厚度、瀝青含水量及路基病害檢測的雷達系統。

SIR-20是在SIR-10B/10H的基礎上推出的新產品，它繼承了SIR-10B/10H的優點，使用了加固型全金屬外殼筆記本計算機和Windows-XP操作系統，可以同時輸入2個天線的數據，采樣率達到5picoseconds，掃描速率為2到800線/秒。

SIR-3000攜帶型透地雷達：一種輕便小巧，功能極強的單道透地雷達，帶內置電池總重量4.1kg，和其他SIR系列雷達一樣，SIR-3000型可連續快速實時彩色成像，它具有220線/秒的最高掃描速率。適用於雷達天線范圍為16MHz～2200MHz。此型儀器的適用范圍極其廣泛，是一種經濟型攜帶型雷達。

StructureScanMini手持式鋼筋掃描儀：GSSI廠家繼上一代產品HandySan之後，2009新推出的一款專門用於鋼筋定位、混凝土缺陷以及橋梁、路面檢測的一款迷你手持型雷達。該系統內置1600MHz天線，集採集和處理於一體，小巧輕便；三側激光定位，便於標定；功能鍵設計簡單，易於左、右手操作，全彩色的數據顯示更加直觀，設計更加人性化。

Terravision：14通道天線陣列雷達，專門用作道路管線立體掃描。掃描覆蓋寬度1.8m，能快速獲得地下三維透視圖。探測深度3～4m，相當於14根400MHz天線，以不同視角窺視地下目標，並數字成像。

地球物理儀器匯編及專論

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透地雷達配套正演軟體

該軟體可幫助用戶更好了解雷達波在不同地質條件下的傳播特徵和成像原理。您可在PC機上自定義各種地質模型，模型設置簡單；設計天線首波脈沖；顯示電磁波衰減，幾何傳播特性收發天線方向響應；電磁波垂直、水平極化；電磁波反射、投射特徵；電磁波射線路徑顯示；偏移處理。特別適用於科研及對地質雷達數據分析不成熟的用戶。

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綜合測井儀器設備

MOUNT OPRIS系列小口徑多參數輕便數字測井儀

著名的MOUNT測井儀系列、全數字化井下綜合參數探頭，包括：電阻率、自然伽馬、伽馬能譜、伽馬密度、中子孔隙度、自然電位、聲波全波列、磁化率、激發極化、聲學二維/三維成像、井徑、井斜、水質、流量等各種探頭。有適用於煤田和金屬礦測井的1000m、1500m、1850m絞車，也有適用於工程物探、水文地質、環境測井的100m、200m、305m、500m輕型絞車。

各種探頭

放射性勘探儀器設備

RS-230手持攜帶型能譜儀

RS-230是採用BGO（鍺酸鉍）為閃爍晶體的能譜儀，靈敏度高出同體積碘化鈉晶體的50%。如下文的RS-125具有直接的可讀測量、化驗掃描功能、數據存儲、全天候氣象保護。音頻提示，無需時刻監視。應用藍牙連接技術（BT），使它跟GPS、耳機或計算機實現了無線連接，噪音大的區域測量可使用USB耳機。重量輕便，僅2.04kg，野外性能穩定。

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RS-125手持攜帶型能譜儀

RS-125採用高靈敏度、2.0×2.0型碘化鈉103cm³（6.3in³）晶體。具有直接的可讀測量、化驗掃描功能、數據存儲、全天候氣象保護。應用藍牙連接技術（BT），使它跟GPS、耳機或計算機實現了無線連接，在噪音大的區域測量可使用USB耳機。重量輕便，僅2kg，野外性能穩定。

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航空伽馬能譜儀RS-500

RS-500採用了先進的DSP/FPGA*技術，遠遠領先於現有的其他系統，創立了一個獨一無二的RS-500等級。DSP/FPGA*技術及軟體技術提供了之前在航空平台上無法獲得實驗室水平的光譜數據，漂移較少，產生能譜純凈。自然同位數完整多峰自動增益穩譜世界范圍通用。RS-500測試箱內每一個晶體設計了獨立先進的數字式分光計（ADS），使天然及人工放射性元素的探測操作盡可能自動清晰，將人為干涉最小化。採用了精準的「第一時間」技術，使您在第一時間獲得精準的數據。無死時間，更有效率。1024道高解析度，任何數量組合的晶體組記錄速度達到10X/秒。獨立的晶體ADS和處理，吞吐量高（>20X）。無失真，數據更真實。迭加無限數量的晶體時無信號質量的損壞，更有效率。系統設置及性能確認無需測試源。每個晶體計數率為250,000cps。自我診斷水平高。

地球物理儀器匯編及專論

地面及車載伽馬能譜儀RS-700

RS-700是一個功能齊全的γ射線和中子（可選）輻射探測和監測系統。可用於陸地車輛、直升機、無人機（UAV）或一個固定的位置。採用了與RS-500航空能譜儀相同的、先進的技術，獲得與RS-500相同的、無可比擬的特性。

地球物理儀器匯編及專論

『陸』 大亞灣核電站的詳細資料

淺談核電站常規島技術方案
[日期：2004-10-23] 來源： 作者：廣東省電力設計研究院 王小寧 [字體：大 中 小]

摘 要 根據國內外有關核電設備製造廠所提供的資料，形成四類可供我國將來核電站選擇的常規島技術方案，並對四類技術方案進行了分析。

核電站的設備選型和供貨商的選擇，應採用國際競爭性招標方式，在技術、經濟、自主化、國產化等方面進行深入分析比較，來選定供貨商和機型。國外製造商必須選擇國內設備製造廠作為合作夥伴，轉讓技術、合作生產，逐步全面實現自主化和設備國產化。

經初步研究，常規島部分可供選擇的國外主要設備潛在供貨商有：英法GEC-ALSTHOM公司、美國西屋公司、日本三菱公司、美國GE公司等。到目前為止，ALSTHOM公司已同中國東方集團公司進行合作，形成一個聯合體；美國西屋公司已同上海核電設備成套集團公司合資，組成西屋-上海聯隊。其它公司到目前尚未進行合作。

根據ALSTHOM公司、西屋公司、三菱公司和GE公司等核電設備製造商所提供的資料，按照堆型的不同和一迴路的不同，可以形成四類技術方案：
方案一——三環路改進型壓水堆核電機組；

方案二——ABB-CE的系統80(System 80)型壓水堆核電機組；

方案三——日本三菱公司的四環路壓水堆核電機組；

方案四——先進型沸水堆(ABWR)核電機組。

下面就各類技術方案分別進行分析。

1 三環路改進型壓水堆核電機組

此方案的一迴路為標準的300 MW一個環路的三環路壓水堆。此類方案包括中廣核集團公司提出的CGP1000、歐洲公司(包括EDF、FRAMATOME、GEC-ALSTHOM)推出的CNP 1000和西屋-上海聯隊推出的CPWR1000三種壓水堆核電機組。

1.1 CGP1000與 CNP1000核電機組

CGP 1000由中廣核集團提出，以大亞灣核電站為參考站，並借鑒美國西屋公司和ABB-CE公司的部分先進的設計，有選擇地吸收了用戶要求文件(URD)的要求，形成以300 MW一條環路的CGP1000技術方案。常規島部分，汽輪發電機組選用ALSTHOM的Arabelle1000型汽輪發電機組。

CNP1000由歐洲製造商(EDF、FRAMA-TOME、ALSTHOM)根據法國核電計劃及大亞灣核電站、嶺澳核電站等工程的設計、製造、安裝、運行及維修中積累起來的經驗推薦給中國的核電機組。常規島部分的汽輪發電機組也以Arabelle1000型汽輪發電機組作為推薦機組。

由於CGP1000和CNP1000的常規島部分的汽輪發電機組均為Arabelle1000型，所以實際上為同一類核電機組。

ALSTHOM在總結54台第1代汽輪發電機組的運行經驗基礎上，組合出了Arabelle1000型汽輪發電機組，參考電站為Chooz B(2台1 450 MW機組已分別於1996年7月11月投入運行)。

1.1.1 Arabelle1000型汽輪發電機組的主要技術數據

a)最大連續電功率：1 051 MW；

b)轉速：1 500 r/min；

c)機組效率：36.3%；

d)末級葉片長度：1 450 mm；

e)排汽面積：76.8 m2；

f)背壓：5.5 kPa；

g)凝汽器冷卻面積：68 633 m2；

h)發電機額定輸出功率：1 050 MW；

i)發電機視在輸出功率：1 235 MVA；

j)發電機額定功率因數：0.85；

k)發電機額定端電壓：26 kV。

1.1.2 Arabelle1000型汽輪發電機組的主要特點

a)缸體結構：三缸四排汽(HP/IP+2×LP94)，汽輪機採用高中壓組合汽缸並直接和2個雙流低壓缸相連接，含有流向相反的高壓和中壓蒸汽流道。低壓缸為雙流式，低壓外缸體支承在冷凝器上面，不是直接裝在汽機基礎上，軸承座和內缸體直接座於汽機基礎上；

b)由於末級葉片比較長，具有較大的排汽面積，可使蒸汽膨脹過程加長，減少余速損失，提高機組效率；

c)由於蒸汽在高／中壓缸中膨脹過程是以干蒸汽單流方向進行，另外，在高、中壓排汽口加裝抽汽擴散器以增加效率，所以，Arabelle1000型汽輪機的高中壓膨脹效率相對比較高；

d)發電機採用水氫氫冷卻方式，勵磁系統採用無刷勵磁方式。

1.2 CPWR1000核電機組

CPWR1000由西屋-上海聯隊推出，由上海市核電辦公室牽頭，組織上海核工程研究設計院、華東電力設計院、西屋公司等單位聯合展開CPWR1000概念設計工作，並於1997年6月份完成。

CPWR1000是建立在西屋公司成熟的、經過設計、工程實踐驗證的技術上，以西班牙的Vandellos Ⅱ為參考電站(該電站已有50 000 h以上的高利用率的運行業績)，結合西屋先進型壓水堆機組(APWR1000)技術，並進行適當改進而來。

1.2.1 CPWR1000汽輪發電機組主要技術數據

a)汽輪機型式：單軸、四缸、六排汽、凝汽式、二級再熱裝置；

b)轉速：1 500 r/min；

c)主蒸汽門前蒸汽壓力：6.764 MPa；

d)主蒸汽門前蒸汽溫度：283.5 ℃；

e)主蒸汽門前蒸汽流量：5 493.5 t/h；

f)主蒸汽門前蒸汽濕度：0.25%；

g)回熱抽汽級數：6級(1級高壓加熱器+1級除氧器+4級低壓加熱器)；

h)給水溫度：223.9 ℃；

i)平均冷卻水溫度：23.0 ℃；

j)末級葉片長度：1 250 mm；

k)排汽壓力：5 kPa；

l)凈熱耗率：9.788 kJ/(Wh)；

m)機組最大保證功率：1 071.09 MW；

n)發電機功率因數：0.9；

o)短路比：0.5；

p)冷卻方式：水氫氫；

q)勵磁系統：靜態勵磁系統。

1.2.2 APWR1000汽輪發電機組結構特點

汽輪發電機組採用1個雙流式高壓汽缸及3個雙流式低壓汽缸串聯組合，汽輪機末級葉片長度為1 250 mm，六排汽口，配置2台一級汽水分離以及兩級蒸汽再熱的汽水分離再熱器。

1.2.3 CPWR1000相對於Vandellos Ⅱ的主要改進

a)核電機組最大保證出力由982 MW改為1 071 MW；

b)主汽門前蒸汽參數由6.44 MPa、280.2 ℃改為6.76 MPa、283.5 ℃；

c)平均冷卻水溫度由17.8 ℃改為23 ℃；

d)末級葉片長度由1 117.6 mm改為1 250 mm；

e)汽輪機旁路容量由40%額定汽量改為85%；

f)汽輪機回熱系統由不設除氧器改為帶除氧器；

g)發電機電壓擬由21 kV改為24 kV；

h)凝汽器壓力由7 kPa改為5 kPa；

i)汽輪機凈熱耗率由10.209 kJ/(Wh)降到9.788 kJ/(Wh)以下；

j)加大凝結水精處理裝置容量；

k)常規島儀表控制採用微機分散控制系統。

2 ABB-CE的系統80(System80)型壓水堆核電機組

此方案也是壓水堆機組，較三環路方案不同之處是核島部分為雙蒸發器，由美國燃燒工程公司(ABB-CE)開發而成。此方案也為韓國核電國產化方案，核島部分為ABB-CE的系統80反應堆，相匹配的常規島部分為美國GE公司的汽輪發電機組。參考電站為韓國靈光3、4機組。

靈光3、4機組經過2～3 a的運行，設備運行狀況良好。

目前由於還沒有收集到GE公司關於靈光3、4機組常規島部分的詳細資料，汽輪發電機組的技術參數、型式、內部結構及熱力系統等還暫時不能描述。

3 日本三菱公司的四環路壓水堆核電機組

此方案亦屬成熟技術的壓水堆機組，其技術的先進性與安全水平與三環路和雙蒸發器方案相當。日本三菱公司推薦的四環路壓水堆核電機組方案，是以日本大飯3、4機組作為參考電站。

大飯3、4機組採用了美國西屋公司的Model 412的標准設計，與大飯1、2號機組完全一致(大飯1、2號機組均為西屋公司設備)，是一個技術成熟的、有豐富運行經驗的機組。大飯3、4號機組已分別於1991年和1992年投入商業運行。

3.1 三菱公司提供的汽輪發電機組的主要技術數據

a)發電機端額定出力：1 036 MW；

b)汽輪機型式：TC6F-44；

c)轉速：1 500 r/min；

d)主汽門前蒸汽參數：壓力6.30 MPa(絕對壓力)，溫度279.6 ℃，濕度0.43%，額定出力時蒸汽流量5 844.129 t/h；

e)給水溫度：226.7 ℃；

f)凝汽器壓力：5.07 kPa(絕對壓力)；

g)低壓缸總的排汽面積：71 m2；

h)發電機冷卻方式：水氫氫；

i)勵磁方式：無刷勵磁。

3.2 機組的主要特點

3.2.1 熱力系統

熱力系統為壓水堆機組典型的熱力系統，MSR再熱為兩級。汽輪機為1個高壓缸和3個低壓缸。回熱系統為1級高壓加熱器+1級除氧器+4級低壓回熱器。

3.2.2 廠房布置

機組布置為平行式，即反應堆的軸線與汽輪發電機組的軸線平行，這樣的布置比較緊湊，汽機房體積小，行車可以共用，電纜長度短，機組之間的交通方便，只需要在汽機房牆的設計上考慮葉片飛射物的保護厚度即可。

4 先進型沸水堆(ABWR)核電機組

此方案為美國通用電氣公司(GE)推出的先進型沸水堆(ABWR)核電機組，能滿足用戶要求文件(URD)。以日本東京電力公司的柏崎6、7號機組作為參考電站。

柏崎6、7號機組是目前世界上唯一獲得美、日兩國設計批準的、已建成並投入商業運行的改進型沸水堆核電機組。反應堆和汽輪發電機組均由美國通用電氣公司生產，柏崎6號機是世界上第1個ABWR機組，於1991年9月開始建設，1996年11月竣工投入商業運行。

沸水堆核電機組是以美國通用電氣公司(GE)為主進行開發的。1957年首台沸水堆核電機組投入運行，其後，經過多年的改進，從BWR-1到BWR-6，最後到ABWR。

4.1 ABWR汽輪發電機組主要技術數據

a)額定功率：1 350 MW；

b)汽輪機型式：TC6F-52；

c)汽缸結構：四缸六排汽(1HP+3LP)；

d)主汽門前主蒸汽壓力：6.79 MPa；

e)主汽門前主蒸汽流量：7 640 t/h；

f)主汽門前主蒸汽濕度：0.4%；

g)低壓缸末級葉片長度：1 320.88 mm；

h)回熱系統：4級低壓加熱器+2級高壓加熱器(無除氧器)。

4.2 ABWR核電機組的主要特點

4.2.1 熱力系統

熱力系統為直接循環系統，冷卻劑直接作為汽輪機的工質，將PWR核電機組中的一迴路和二迴路並為1個迴路。

ABWR和PWR的汽輪機回熱抽汽系統沒有什麼兩樣，其參數相似，ABWR主蒸汽壓力略高於PWR，MSR的再熱採用兩級，以提高熱效率，4級低加、2級高加，不設除氧器。加熱器的疏水泵將疏水打入前級凝結水管。

4.2.2 廠房布置

由於ABWR是反應堆核蒸汽直接通到汽輪機，因此汽機廠房需要考慮防放射性的措施，汽機高壓缸、MSR、高壓加熱器均用屏蔽牆隔離，運行期間人員不能進入。汽輪機的抽汽機排汽需經過過濾排入排汽筒，整個汽機車間是閉式通風系統。主蒸汽通過的安全殼兩側都有開關隔離閥。ABWR在正常運轉時，如核燃料包殼不破損，主蒸汽攜帶放射性核元素主要是N16，N16的半衰期僅7 s。新蒸汽部分，即高壓缸部分、MSR、高壓加熱器部分是帶放射性的，需要屏蔽，而低壓缸、凝結水部分是不帶放射性的，不做特殊屏蔽。

5 結束語

以上四類技術方案的核電機組均是目前世界上技術比較先進和成熟的機組，其參考電站均有良好的運行業績，四類方案都是可以供我國將來核電站選擇的常規島技術方案

http://www.lwlm.com/show.aspx?id=1128&cid=60
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對於核能發電是當今世界各國都在大力發展的一種利用能源的途徑，到現在我國已經建成投產的有浙江秦山和廣東大亞灣兩座核電站。在此我們選編了幾篇介紹這方面內容的科普文章，希望同學們能對其有所了解，並從現在就努力，爭取以後能為我國的核電發展事業做出大的貢獻。

（一）核能及其機理

1. 原子的組成
原子是由質子、中子和電子組成的。世界上一切物質都是由原子構成的，任何原子都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉的帶負電的電子構成的。一個鈾-235原子有92個電子，其原子核由92個質子和143個中子組成。50萬個原子排列起來相當一根頭發的直徑。如果把原子比作一個巨大的宮殿，其原子核的大小隻是一顆黃豆,而電子相當於一根大頭針的針尖。一座100萬千瓦的火電廠，每年要燒掉約330萬噸煤，要用許多列火車來運輸。而同樣容量的核電站一年只用30噸燃料。

2. 原子核的結構
原子核一般是由質子和中子構成的，最簡單的氫原子核只有一個質子，原子核中的質子數（即原子序數）決定了這個原子屬於何種元素，質子數和中子數之和稱該原子的質量數。

3. 同位素
質子數P相同而中子數N不同的一些原子，或者說原子序數Z相同而原子質量數不同的一些原子，它們在化學元素周期表上占據同一個位置，稱為同位素。所以，「同位素」一詞用來確指某個元素的各種原子，它們具有相同的化學性質。 同位素按其質量不同通常分為重同位素(如鈾-238、鈾-235、鈾-234和鈾-233）和輕同位素（如氫的同位素有氘、氚）。

4. 核能
在50多年前，科學家發現鈾-235原子核在吸收一個中子以後能分裂，同時放出2—3個中子和大量的能量，放出的能量比化學反應中釋放出的能量大得多，這就是核裂變能，也就是我們所說的核能。
原子彈就是利用原子核裂變放出的能量起殺傷破壞作用，而核電反應堆也是利用這一原理獲取能量，所不同的是，它是可以控制的。

5. 輕核聚變
兩個較輕的原子核聚合成一個較重的原子核，同時放出巨大的能量，這種反應叫輕核聚變反應。它是取得核能的重要途徑之一。在太陽等恆星內部，因壓力、溫度極高，輕核才有足夠的動能去克服靜電斥力而發生持續的聚變。自持的核聚變反應必須在極高的壓力和溫度下進行，故稱為「熱核聚變反應」。
氫彈是利用氘氚原子核的聚變反應瞬間釋放巨大能量起殺傷破壞作用，正在研究受控熱核聚變反應裝置也是應用這一基本原理，它與氫彈的最大不同是，其釋放能量是可以被控制的。

6．鈾的特性及其能量的釋放
鈾是自然界中原子序數最大的元素，天然鈾由幾種同位素構成:除了0.71％的鈾-235（235是質量數）、微量鈾-234外，其餘是鈾-238，鈾-235原子核完全裂變放出的能量是同量煤完全燃燒放出能量的2700000倍。也就是說1克U-235完全裂變釋放的能量相當於2噸半優質煤完全燃燒時所釋放的能量。

7. 核能如何釋放
核能的獲得主要有兩種途徑，即重核裂變與輕核聚變。U-235，有一個特性，即當一個中子轟擊它的原子核時，它能分裂成兩個質量較小的原子核，同時產生2—3個中子和β、γ等射線，並釋放出約200兆電子伏特的能量。
如果有一個新產生的中子，再去轟擊另一個鈾-235原子核，便引起新的裂變，以此類推，這樣就使裂變反應不斷地持續下去，這就是裂變鏈式反應，在鏈式反應中，核能就連續不斷地釋放出來。

8. 核聚變能量的釋放
與鈾相同數量的輕核聚變時放出的能量要比鈾大幾倍。例如1克氘化鋰（Li-6）完全反應所產生的能量約為1克鈾-235裂變能量的三倍多。實現核聚變的條件十分苛刻，即需要使氫核處於幾千萬度以上高溫才能使相當的核具有動能實現聚合反應。

（二）核反應堆

1. 核反應堆及其組成
核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現核能—熱能轉換的裝置。核反應堆是核電廠的 心臟，核裂變鏈式反應在其中進行。
1942年美國芝加哥大學建成了世界上第一座自持的鏈式反應裝置，從此開辟了核能利用的新紀元。
反應堆由堆芯、冷卻系統、慢化系統、反射層、控制與保護系統、屏蔽系統、輻射監測系統等組成。
堆芯中的燃料：反應堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂變材料。自然界天然存在的易於裂變的材料只有U-235，它在天然鈾中的含量僅有0.711％，另外兩種同位素U-238和U-234各佔99.238％和0.0058％，後兩種均不易裂變。
另外，還有兩種利用反應堆或加速器生產出來的裂變材料U-233和Pu-239。
用這些裂變材料製成金屬、金屬合金、氧化物、碳化物等形式作為反應堆的燃料。
燃料包殼：為了防止裂變產物逸出，一般燃料都需用包殼包起來，包殼材料有鋁、鋯合金和不銹鋼等。
控制與保護系統中的控制棒和安全棒：為了控制鏈式反應的速率在一個預定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，稱之為控制棒和安全棒。控制棒用來補償燃料消耗和調節反應速率；安全棒用來快速停止鏈式反應。吸收體材料一般是硼、碳化硼、鎘、銀銦鎘等。
冷卻系統中的冷卻劑：為了將裂變的熱導出來，反應堆必須有冷卻劑，常用的冷卻劑有輕水、重水、氦和液態金屬鈉等。
慢化系統中的慢化劑：由於慢速中子更易引起鈾-235裂變，而中子裂變出來則是快速中子，所以有些反應堆中要放入能使中子速度減慢的材料，就叫慢化劑，一般慢化劑有水、重水、石墨等。
反射層：反射層設在活性區四周，它可以是重水、輕水、鈹、石墨或其它材料。它能把活性區內逃出的中子反射回去，減少中子的泄漏量。
屏蔽系統：反應堆周圍設屏蔽層，減弱中子及γ劑量。
輻射監測系統：該系統能監測並及早發現放射性泄漏情況。

2. 反應堆的結構形式和分類
反應堆的結構形式是千姿百態的，它根據燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設計需要等因素可建造成各類型結構形式的反應堆。 目前世界上有大小反應堆上千座，其分類也是多種多樣。按能普分有由熱能中子和快速中子引起裂變的熱堆和快堆；按冷卻劑分有輕水堆，即普通水堆（又分為壓水堆和沸水堆）、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。按用途分有：（1）研究試驗堆：是用來研究中子特性，利用中子對物理學、生物學、輻照防護學以及材料學等方面進行研究；（2）生產堆，主要是生產新的易裂變的材料鈾-233、鈈-239；（3）動力堆，利用核裂變所產生的熱能廣泛用於艦船的推進動力和核能發電。反應堆分類情況見後。

3. 研究實驗反應堆
是指用作實驗研究工具的反應堆，它不包括為研究發展特定堆型而建造的、本身就是研究對象的反應堆，如原型堆，零功率堆，各種模式堆等。研究實驗堆的實驗研究領域很廣泛，包括堆物理，堆工程、生物、化學、物理、醫學等，同時，還可生產各種放射性同位 素和培訓反應堆科學技術人員。研究實驗堆種類很多，例如：游泳池式研究實驗堆：在這種堆中水既作為慢化劑、反射層和冷卻劑，又起主要屏蔽作用。因水池常做成游泳池狀的長圓形而得其名。
罐式研究實驗堆：由於較高的工作溫度和較大的冷卻劑流量只有在加壓系統中才能實現，因此，必須採取加壓罐式結構。
重水研究實驗堆：重水的中子吸收截面小，允許採用天然鈾燃料，它的特點是臨界質量較大，中子通量密度較低。如果要減小臨界質量和獲得高中子通量密度，就用濃縮鈾來代替天然鈾。
此外，還有固體慢化劑研究實驗堆、均勻型研究實驗堆、快中子實驗堆等。

4. 生產堆
主要用於生產易裂變材料或其他材料，或用來進行工業規模輻照。生產堆包括產鈈堆，產氚堆和產鈈產氚兩用堆、同位素生產堆及大規模輻照堆，如果不是特別指明，通常所說的生產堆是指產鈈堆。 該堆結構簡單，生產堆中的燃料元件既是燃料又是生產鈈-239的原料。中子來源於用天然鈾製作的元件中的U-235。U-235裂變中子產額為2—3個。除維持裂變反應所需的中子外，餘下的中子被U-238吸收，即可轉換成Pu-239，平均燒掉一個U-235原子可獲得0.8個鈈原子。也可以用生產堆生產熱核燃料氚。用重水 型生產堆生產氚要比用石墨生產堆產氚高7倍。

5. 動力反應堆
世界上動力反應堆可分為潛艇動力堆和商用發電反應堆。核潛艇通常用壓水堆做為其動力裝置。商用規模的核電站用的反應堆主要有壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆和快堆等。
壓水堆：
採用低濃（鈾-235濃度約為3％）的二氧化鈾作燃料，高壓水作慢化劑和冷卻劑。是 目前世界上最為成熟的堆型。

沸水堆：
採用低濃（鈾-235濃度約為3％）的二氧化鈾作燃料，沸騰水作慢化劑和冷卻劑。

重水堆：
重水作慢化劑，重水（或沸騰輕水）作冷卻劑，可用天然鈾作燃料，目前達到商用水平的只有加拿大開發的坎杜堆，我國正建一座重水堆核電站。

石墨氣冷堆：
以石墨作慢化劑，二氧化碳作冷卻劑，用天然鈾燃料，最高運行溫度為360℃，這種堆已有豐富的運行經驗，到90年代初期已運行了650個堆年。

快中子堆：
採用鈈或高濃鈾作燃料，一般用液態金屬鈉作冷卻劑。不用慢化劑。根據冷卻劑的不同分為鈉冷快堆和氣冷快堆。

（三）核電站

1. 什麼是核電站
核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發電或發電兼供熱的動力設施。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。目前世界上核電站常用的反應堆有壓水堆、沸水堆、重水堆和改進型氣冷堆以及快堆等。但用的最廣泛的是壓水反應堆。壓水反應堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎上發展起來的最成熟、最成功的動力堆堆型。

2. 核電站工作原理
核電廠用的燃料是鈾。用鈾製成的核燃料在「反應堆」的設備內發生裂變而產生大量熱能，再用處於高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來，並通過電網送到四面八方。

3. 壓水堆核電站
以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發生器、穩壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統設備主要有壓水堆本體，一迴路系統，以及為支持一迴路系統正常運行和保證反應堆安全而設置的輔助系統。常規島主要包括汽輪機組及二回等系統，其形式與常規火電廠類似。

4. 沸水堆核電站
以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水 為慢化劑和冷卻劑並在反應堆壓力容器內直接產生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結構緊湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優點。它們都需使用低富集鈾作燃料。
沸水堆核電站系統有：主系統（包括反應堆）；蒸汽-給水系統；反應堆輔助系統等。

5. 重水堆核電站
以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。
重水堆核電站是發展較早的核電站，有各種類別，但已實現工業規模推廣的只有加拿大發展起來的坎杜型壓力管式重水堆核電站。

6. 快堆核電站
由快中子引起鏈式裂變反應所釋放出 來的熱能轉換為電能的核電站。快堆在運行中既消耗裂變材料，又生產新裂變材料，而且所產可多於所耗，能實現核裂變材料的增殖。
目前，世界上已商業運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變燃料，即使再利用轉換出來的鈈-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有1％—2％，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉換成鈈-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到60％—70％。

7. 世界上目前建造核電站情況
核電自50年代中期問世以來，目前已取得長足的發展。到1999年中期，世界上共有436座發電用核反應堆在運行，總裝機容量為350676兆瓦。正在建造的發電反應堆有30座，總裝機容量為21642兆瓦。
目前世界上有33個國家和地區有核電廠發電，核發電量佔世界總發電量的17％，其中有十幾個國國家和地區核電發電量超過各種的總發電量的四分之一，有的國家超過70％。據資料估計，到2005年核電廠裝機容量將達到388567兆瓦。

8.核能是清潔的能源
目前環境污染問題大部分是由使用化石燃料引起的，化石燃料燃燒會放出大量的煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，由二氧化碳等有害氣體造成的「溫室效應」，將使地球氣溫升高，會造成氣候異常，加速土地沙漠化過程，給社會經濟的可持續發展帶來災難性的影響，核電站並不排放這些有害物質，不會造成「溫室效應」，與火電廠相比，它能大大改善環境質量，保護人類賴以生存的生態環境等。
在國外核電站的周圍有人居住、游泳、放牧牛羊、釣魚，有的核電站位於大城市附近，有的位於游覽區。核電站是安全、經濟、干凈的能源，與火電站相比，更有利於保護環境。
核電廠和火電廠對環境影響的比較（電功率100兆瓦） ——核電站對周圍環境無污染
居民受到的輻射劑量 氧化硫排放量
（噸/年） 煙灰和殊物質
（噸/年） 氧化氮排放量
（噸/年） 采礦面積
（畝/年） 危害健康的相對指數
燃煤發電廠 0.048 46000-127500 3500 26250-30000 1210 SO：32000 NOx：4530 煙灰：1100
壓水堆核電站：0.018 0 0 0 30-42 氪氙 1
磷 20

9．核電站廢物嚴格遵照國家標准，對人民生活不會產生有害影響
核電廠的三廢治理設施與主體工程同時設計，同時施工，同時投產，其原則是盡量回收，把排放量減至最小，核電廠的固體廢物完全不向環境排放，放射性液體廢物轉化為固體也不排放；像工作人員淋浴水、洗滌水之類的低放射性廢水經過處理、檢測合格後排放；氣體廢物經過滯留衰變和吸附，過濾後向高空排放。
核電廠廢物排放嚴格遵照國家標准，而實際排放的放射性物質的量遠低於標准規定的允許值。所以，核電廠不會對給人生活和工農業生產帶來有害的影響。

10．核電站是經濟的能源
世界上有核電國家的多年統計資料表明，雖然核電站的比投資高於燃煤電廠，但是，由於核燃料成本顯著地低於燃煤成本，以及燃料是長期起作用的因素，這就使得目前核電站的總發電成本低於燒煤電廠。

11．核能是可持續發展的能源
世界上已探明的鈾儲量約490萬噸，釷儲量約275萬噸。這些裂變燃料足夠使用到聚變能時代。聚變燃料

『柒』 美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究成果

以下是勞倫斯伯克利國家實驗室建立80年間的主要科研成就 ：
¨發明了迴旋加速器 － 歐內斯特·勞倫斯（E.O. Lawrence）獲得1939年諾貝爾物理獎的圓形加速器；
¨發現了鍀 － 成為醫學中最廣泛應用鍀放射性同位素的第一個人造元素；
¨建造了60英寸鍀迴旋加速器 － 誕生了克羅克輻射實驗室和核醫學；
¨發現了鎿和鈈 － 產生了第一個超鈾元素，Edwin McMillan 和Glenn Seaborg獲得1951年諾貝爾化學獎；
¨發現了碳14 － 稱為測定人類史前古器物年代的原子鍾；
¨建造了184英寸的同步迴旋加速器 － 由加州大學伯克利分校校園移到伯克利山上的位置；
¨發明了第一台質子直線加速器 － 至今腫瘤門診用於治療癌症的一種類型的加速器；
¨發現了錇 － 一種放射性的稀土金屬；
¨發明了Anger照相機 － Hal Anger研製出第一台組織中成像放射性同位素伽馬射線照相機；
¨發明了液氫泡室 － 使Donald Glaser獲得1960年諾貝爾物理獎；
¨建造了貝伐特朗質子加速器 － 加速器擊碎10億電子伏特質子（GeV）的障礙；
¨發現了反質子 － Emilio Segrè和Owen Chamberlain獲得1959年諾貝爾物理獎；
¨發現了反中子 － 反物質或鏡象物質擴大到包括電中性基本粒子；
¨確定了碳的光合作用路徑 － Melvin Calvin獲得1961年諾貝爾化學獎；
¨發現了銠 － 按LBNL創始人Ernest O. Lawrence 命名的放射性稀土金屬；
¨88英寸迴旋加速器開放 － 今天仍用於研究電離輻射對基於空間電子學的效應；
¨發明了化學激光器 － 成為最通用和廣泛使用的科學工具之一；
¨發現了基本粒子中的「共振態」－ Luis Alvarez獲得1968年諾貝爾物理獎；
¨正電子斷層照相（PET）獲得突破 － 開發出世界上用於診斷研究解析度最高的PET掃描儀
¨發現了j/psi粒子 － 包括粲誇克第一個證據的介子；
¨發現了106號元素Sg － 以LBNL諾貝爾獎獲得者Glenn Seaborg 命名的放射性合成元素；
¨建造了貝伐拉克 － 超級重離子直線加速器和貝伐特朗質子加速器組合在一起將重離子加速到相對論的能量；
¨發明了時間投影室 － 時間投影室仍然是高能物理粒子探測器的重負荷設備；
¨超導磁鐵打破特斯拉記錄 － LBNL成為世界上超導電磁技術的領導者；
¨在斯坦福建造了正負電子對撞機 － 與SLAC國家加速器實驗室聯合建造的項目誕生了第一台物質反物質對撞機；
¨在帕克菲爾德（Parkfield）開始進行地震研究 － LBNL成為地下成像技術的領導者；
¨構思出10米望遠鏡 － 提出世界上最大光學望遠鏡中現在使用的分節反射鏡；
¨發明了SQUIDs － 測量超微型磁場用的超導量子干涉設備（SQUIDs）；
¨發明了智能窗 － 嵌入的電極能使窗戶的玻璃對陽光的變化作出反應；
¨恐龍滅絕 － 銥在KT邊界的異常使恐龍滅絕與小行星撞擊地球聯系在一起
¨國家電子顯微術中心開放 － 世界上最強大的電子顯微鏡之家將產生第一批碳原子晶格圖象；
¨創造了DOE-2程序 － 用於模擬加熱、照明和空調費用的節能計算程序；
¨觀測到了集體流 － 核物質可壓縮到高溫和密度的第一個直接證據推動尋找誇克膠子等離子體；
¨交叉分子束研究 － 李遠哲贏得1988年諾貝爾化學獎；
¨發明了核磁共振魔角和雙旋轉 － 一系列新核技術中的第一種，使核磁共振技術從固體擴展到液體和氣體；
¨確定了好的和壞的膽固醇 － 在膽固醇種發現了兩種形式的脂蛋白，高密度和低密度，前者是好的，後者對心臟病是壞的；
¨固態熒光燈鎮流器 － 高頻電子鎮流器導致商業開發出緊湊型熒光燈；
¨分子束外延（MBE）－4 惰性聚變能實驗－ 直線加速器加速並將平行的重離子束聚焦到1 MeV，提供了磁聚變能的一種替代物；
¨北極發現煤煙 － LBNL的黑碳儀揭示在北極輻射吸收黑色顆粒濃度大，說明污染是全球性的問題；
¨發明了隨機渦方法 － 數學模型描述湍流，在宇宙中最常見的運動形式；
¨創造了下一代氣凝膠 － LBNL研製96%是空氣的材料，導致建立美國第一個商業氣凝膠公司；
¨建立了正常人上皮細胞株 － 形成在培育中無限生活的細胞為癌症研究打開新的大門；
¨揭開了氡的危險 －發現氡氣通過地下室進入家庭在美國某些地區構成重大輻射危險；
¨提出細胞外基質理論 － 突破性的理論將乳腺癌的發展與圍繞乳腺細胞的微環境崩潰聯系在一起；
¨人類基因組工程開始 －被指定能源部兩個中心之一的LBNL進行繪制和對人類基因組進行排序，該項目於2003年成功完成；
¨發明了固體聚合物電池 － 新種類的聚合物陰極使新家族的輕型充電電池成為可能；
¨COBE衛星記錄早期宇宙的萌芽 － LBNL搭載美國宇航局衛星的探測器揭示導致產生今天星系的宇宙微波背景的波動；
¨先進光源ALS開放 － 產生世界上用於科學研究的最亮的軟X射線和紫外光；
¨確定了心臟病的基因 － 新的證據將動脈硬化症與一個單個顯性基因聯系在一起；
¨超硬碳氮化合物 － 在理論模型基礎上設計的新化合物比鑽石更強硬；
¨第一次看到DNA雙螺旋線 － 不變的DNA圖像讓科學家門首次看到雙螺旋線；
¨凱斯特森（Kesterson）水庫威脅揭密 － LBNL發現被農業徑流硒污染野生動物庇護所暴露普遍的生態危害；
¨第一個飛秒X射線束流 － 先進光源ALS的束流脈沖長度被限定到僅一秒的十億分之幾秒；
¨發明了硫燈 － 實驗室科學家們幫助分子發射器產生的能效比傳統白熾燈泡高四倍和亮度高700倍；
¨國家能源研究科學計算中心移到LBNL － LBNL成為國家能源研究科學計算中心的東道主，該中心是美國能源部科學局的旗艦科學計算設施；
¨細胞衰老與癌症 － 生物測定幫助科學家們確定在活著的有機體中的生物衰老細胞，並發現與癌症的聯系；
¨世界上最強大的伽馬探測器（Gammasphere）亮相 － 世界上最敏感的伽馬輻射探測器賦予好萊塢靈感，生產出好萊塢大片《綠巨人》；
¨構思出B工廠 － 與SLAC合作建造第一台不對稱粒子對撞機，稱為B工廠，它將繼續顯示CP破缺的第一個證據；
¨鐮狀細胞和轉基因小鼠唐氏綜合征 － 帶有人類基因的小鼠模型模仿鐮狀細胞疾病和將DYRK（蛋白激酶）基因與智力低下症聯系在一起；
¨傳輸控制協議/網際網路互聯協議（TCP / IP）的流量控制演算法 － LBNL開發的演算法大大減少網路的交通擠塞情況，並被廣泛地與認為能夠防止互聯網發生不可避免的擁塞崩潰；
¨發現了頂誇克 － LBNL的科學家參加了在Tevatron上進行的兩個歷史性CDF和D0實驗，找到預測的六個誇克中最後、也是最難以捉摸的頂誇克；
¨紫外線凈水器防止霍亂暴發 － 紫外線光快速和廉價消毒偏遠地區的水；
¨尤卡山的3維計算機模型－ 水文地質模型顯示核廢料儲存庫選在內華達山是合理的；
¨發現了暗能量 － 超新星宇宙學項目揭示被稱為「暗能量」的反引力導致宇宙加速膨脹；
¨微管蛋白的第一個三維原子尺度模型 － 圖像揭示靈活蛋白質的結構，它啟動生物細胞的有絲分裂和其他關鍵功能；
¨完成散裂中子源的前端系統 － LBNL完成為散裂中子源產生負氫離子並將其發送到田納西州橡樹嶺國家實驗室的加速器的工作。
¨來自加拿大中微子觀測站（SNO）的初步結果表明中微子質量 － 來自SNO第一年的數據揭示了詭異亞原子粒子的微小質量；
¨開發了混合型太陽能電池 － 納米技術與塑料電子學相結合，產生可以大量生產多種不同形狀的光電設備；
¨南大洋和弗里奧（Frio）試驗 － 實驗室開始在南極海岸和得克薩斯州休斯敦附近的深部鹹水含水層進行碳固存研究；
¨發明了小人激光器 － 紫外發光納米線激光器測量100納米的直徑，或千分之一的人的頭發
¨發明了伯克利燈 － 熒光台燈比傳統台燈減少50%的能源費用；
¨合成生物學的突破 － 在主要研究所的第一個合成生物學部創造了抗瘧疾和抗艾滋病的超級葯物合成基因；
¨創造了世界上最小的合成電動機 － 由碳納米管和金子製作的旋轉電動機長度低於300納米；
¨分子鑄造廠開放 － 能源部國家用戶設施，專門用於涉及、合成和表徵納米尺度材料。
¨將窗變成了節能器 － LBNL開發出阻止熱夏天進入冬天熱逃脫的窗口鍍膜；
¨斜屋頂防全球變暖 － LBNL在分析和實現反射陽光、降低表面溫度和大幅度消減冷卻費用的冷屋頂材料中處於領先地位；
¨保存了不久以前的聲音 － 實驗室的科學家們研製出一種進行數字化改造過於脆弱無法播放的老化錄音，如從19世紀後期愛迪生蠟盤的高科技方式。
¨使器具物盡其職 － LBNL的科學家們幫助擬定了各種器具的聯邦政府能效標准；
¨創造了超小型DNA取樣器 － 確定空氣、水和土壤樣品中微生物的工具，廣泛用於公共衛生、醫學和環境清除項目；
¨開發超強氣候模型 － 在LBNL國家能源研究科學計算中心進行的氣候模擬幫助使全球變暖稱為餐桌上的交談話題；
¨促成了中國的能源效率－ 中國在制定能源標識和電器標准時，LBNL給予了相當大的支持，還幫助提高中國的住宅和商業樓宇以及工業部門如水泥製造業的能源效率；
¨使星星更近 － 二十世紀七十年代LBNL開發的革命性的望遠鏡技術能使科學家們一睹數十億光年遠的超新星。拼接鏡面設計用於世界上的許多天文台；
-2014年8月24日，美國加利福尼亞州舊金山北部地區發生6.0級地震。此次地震為當地25年來最強烈的地震，造成至少170人受傷，舊金山地震發生10秒前，美國伯克利地震學實驗室的一個地震警報系統成功探測到了這次地震，並向地震學家發出了預警。 盡管該實驗室開發的這一實驗地震警告系統還處於演示階段，僅向一小部分測試用戶推送信息，但該系統提前探測到了24日的地震，並向實驗室人員發出警告。提前10秒鍾發布地震預警，可以讓人們有時間進行躲避，從而減少在地震中受傷或死亡的風險。科學界希望這一系統最多可在地震來臨前50秒向民眾發布地震預警。

『捌』 自然伽馬測井

自然伽馬測井是在井中測量岩層中自然存在的放射性核素在衰變過程中放射出來的伽馬射線的強度，來研究地質問題的一種測井方法。這種測井方法用於探測和評價放射性礦藏，如鉀礦和鈾礦，在油氣勘探與開發中也廣為應用，用以劃分岩性，估算岩層泥質含量、地層對比等。

3.1.1 自然伽馬測井的核物理基礎

3.1.1.1 核衰變及其放射性

(1)放射性核素

原子是由原子核及核外電子層組成的一種很微小的粒子。原子核更小，由中子和質子組成。原子核中具有一定數量的質子和中子，在同一能態上的同類原子稱為核素，同一核素的原子核中質子數和中子數都相等。原子核中質子數相同而中子數不同的核素稱為同位素，它們具有相同的化學性質，在元素周期表中佔有同一位置。例如，¹₁H、²₁H、³₁H是氫的三種同位素。

核素分為穩定的和不穩定的兩類。穩定核素的結構和能量不會發生變化;不穩定核素將會自發地改變其結構，衰變成其他核素並放射出射線，因此，這種核素也稱為放射性核素。不穩定的同位素稱為放射性同位素。

(2)核衰變

放射性核素的原子核自發地釋放出一種帶電粒子(α或β)，蛻變成另外某種原子核，同時放射出γ射線的過程叫核衰變。原子核能自發地釋放α、β、γ射線的性質叫放射性。

放射性核衰變遵循一定的規律，即放射性核數隨時間按指數遞減的規律進行變化，而且這種變化與任何外界作用無關，如溫度、壓力和電場、磁場等都不能影響放射性衰變的速度，這一速度唯一地取決於放射性核素本身的性質。

若以N和N₀分別表示任一放射性核素在時間t=0和t時的個數，則放射性核素的衰變規律為:

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式中:λ為衰變常數，其值決定於該放射性核素本身的性質;不同的核素，λ值可以相差很大，顯然λ越大衰變越快。

這個規律說明，隨著時間的增長，放射性核素的原子個數減少。

除了用衰變常數λ以外，還用半衰期T來說明衰變的速度。半衰期就是從t=0時的N₀個原子核開始，到N₀/2個原子核發生了衰變所經歷的時間，稱半衰期，用T表示。於是當t=T時，N=N₀/2，則由式(3.1.1)可得:

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經運算後得到:

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T和λ一樣，不受任何外界作用的影響，而且是與時間無關的常量。不同放射性核素的T值不同。各種放射性核素的半衰期相差很大，有的長達幾十億年，有的則短到若干分之一秒。表3.1.1列出幾種放射性核素的半衰期。

表3.1.1 常見放射性核素的半衰期

(3)放射性射線的性質

放射性物質能放出α、β、γ等三種放射性射線，它們具有不同的性質。

1)α射線。α射線是氦原子核流。氦的原子核是⁴₂He，帶有兩個單位正電荷。因為質量大，它容易引起物質的電離或激發，被物質吸收。雖然α射線的電離本領最強，但是它在物質中的穿透距離很小，在空氣中為2.5m左右，在岩石中的穿透距離僅為10^－3m。所以，在井內探測不到α射線。

2)β射線。β射線是高速運動的電子流，它在物質中的射程也較短，如能量為1MeV的β射線在鉛中的射程僅為1.48cm。

3)γ射線。γ射線是頻率很高的電磁波(波長為3×10^－11～10^－9cm)或光子流，不帶電荷，能量很高，一般多在幾十萬電子伏以上，並且有很強的穿透能力，能穿透幾十厘米的地層、套管及儀器外殼。γ射線在核測井中能被探測到，因而它得到利用。

(4)放射性單位

一定量的放射性核素，在單位時間里發生衰變的核數叫放射性活度。以往的文獻曾將活度叫做強度，在核測井及其他工程中直到現在仍沿用強度這一術語。

活度單位曾用居里(Ci)，其定義為:

1Ci=3.7×10¹⁰/s

還有更小的活度單位，即mCi和μCi。

1975年國際計量大會對放射性活度的單位做了新的規定，按規定國際單位制的活度單位名稱為「貝可(勒爾)」，符號為Bq:

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放射性比活度(質量活度)是指放射性核素的放射性活度與其質量之比，其單位是Bq/g［曾用Ci/g］。純鐳的放射性比活度是3.7×10¹⁰Bq/q(1Ci/g)。

3.1.1.2 岩石的自然放射性

岩石的自然放射性決定於岩石所含的放射性核素的種類和數量。岩石中的自然放射性核素主要是鈾(²³⁸₉₂U)、釷(²³²₉₀Th)、錒(²²⁷₈₀Ac)及其衰變物和鉀的放射性同位素⁴⁰₁₉K等，這些核素的原子核在衰變過程中能放出大量的α、β、γ射線。例如，1g鈾或釷每秒能放出平均能量為0.51MeV的γ光子12000或26000個。

不同岩石放射性元素的種類和含量是不同的，它與岩性及其形成過程中的物理化學條件有關。

一般說來，火成岩在三大岩類中放射性最強，其次是變質岩，最弱是沉積岩。沉積岩按其含放射性元素的強弱可分成以下三類:

1)伽馬放射性高的岩石。深海相的泥質沉積物，如海綠石砂岩、高放射性獨居石、鉀釩礦砂岩、含鈾釩礦的石灰岩以及鉀鹽等。

2)伽馬放射性中等的岩石。它包括淺海相和陸相沉積的泥質岩石，如泥質砂岩、泥灰岩和泥質石灰岩。

3)伽馬放射性低的岩石。砂層、砂岩和石灰岩、煤和瀝青等。煤和瀝青的放射性含量變化較大。

由於不同地層具有不同的自然放射性強度，因而有可能根據自然伽馬測井法研究地層的性質。

3.1.2 自然伽馬測井原理

3.1.2.1 測量原理

自然伽馬測井測量原理示意圖如圖3.1.1所示。測量裝置由井下儀器和地面儀器組成，下井儀有探測器(閃爍計數管)、放大器、高壓電源等幾部分。自然伽馬射線由岩層穿過泥漿、儀器外殼進入探測器，探測器將γ射線轉化為電脈沖信號，經過放大器把脈沖放大後，由電纜送到地面儀器，地面儀器把每分鍾形成的電脈沖數(計數率)轉變為與其成比例的電位差進行記錄。

井下儀器在井內自下而上移動測量，就連續記錄出井剖面岩層的自然伽馬強度曲線，稱為自然伽馬測井曲線(用GR表示)，以計數率(1/min)或標准化單位(如μR/h或API)刻度。

為了更好地理解自然伽馬測井的測量原理，下面簡單介紹射線探測器。

圖3.1.1 自然伽馬測井測量原理示意圖

3.1.2.2 射線探測器

(1)放電計數管

如圖3.1.2所示，放電計數管是利用放射性輻射使氣體電離的特性來探測伽馬射線的。在密閉的玻璃管內充滿惰性氣體，裝有二個電極，中間一條細鎢絲是陽極，玻璃管內壁塗上一層金屬物質作為陰極，在陰陽極之間加高的電壓(×××～1500V)。

圖3.1.2 放電計數管工作原理圖

當岩層中的γ射線進入管內時，它從管內壁的金屬物質中打出電子來。這些具有一定動能的電子在管內運動引起管內氣體電離。產生電子和正離子，在高壓電場作用下，電子被吸向陽極，引起陽極放電。因而通過計數管就有脈沖電流產生，使陽極電壓降低形成一個負脈沖，被測量線路記錄下來。再有γ射線進入計數管就又有新的脈沖被記錄下來。

此種計數管對γ射線的記錄效率很低(1%～2%)。

(2)閃爍計數管

閃爍計數管由光電倍增管和碘化鈉晶體組成，如圖3.1.3所示。它是利用被γ射線激發的物質的發光現象來探測射線的。當γ射線進入NaI晶體時，就從它的原子中打出電子來，這些電子具有較高的能量，以至於這些高能電子在晶體內運動時足以把與它們相碰撞的原子激發。被電子激發的原子回到穩定的基態時，就放出閃爍光。光子經光導物質，傳導到光陰極上與光陰極發生光電效應產生光電子。這些光電子在到達陽極的途中，要經過聚焦電極和若干個聯極(又稱打拿極)。聚焦電極把從光陰極放出來的光電子聚焦在聯極D₁上。從D₁至D₈聯極電壓逐級增高，因而光電子逐級加速，這樣，電子數量將逐級倍增。大量電子最後到達陽極，使陽極電壓瞬時下降，產生電壓負脈沖，輸入測量線路予以記錄。

圖3.1.3 閃爍計數管工作原理圖

一般光電倍增管聯極的極數為9～11個，放大倍數為10⁵～10⁶左右，由光電倍增管和NaI晶體構成的計數管具有計數效率高、分辨時間短的優點，在核測井中已被廣泛應用。

3.1.3 自然伽馬測井曲線的特點及影響因素

岩石的放射性核素放射出來的伽馬射線γ在穿過岩石時會逐漸被岩石吸收，因此由距離探測器較遠的岩石放射出來的伽馬射線，在到達探測器之前已被岩石所吸收，所以自然伽馬測井曲線記錄下來的主要是儀器附近、以探測器中點為球心半徑為30～45cm范圍內岩石放射出來的伽馬射線。這個范圍就是自然伽馬測井的探測范圍。用這個「探測范圍」的概念，能夠容易理解自然伽馬測井曲線的形狀及其特點。

3.1.3.1 自然伽馬曲線形狀的特點

根據理論計算的自然伽馬曲線如圖3.1.4所示，具有下列特點:

圖3.1.4 自然伽馬測井理論曲線

1)當上下圍岩的放射性含量相同時，曲線形狀對稱於地層中點。

2)高放射性地層，對著地層中心曲線有一極大值，並且它隨地層厚度(h)的增加而增大，當h≥3d₀時(d₀為井徑值)，極大值為常數，且與地層厚度無關，只與岩石的自然放射性強度成正比。

3)當h≥3d₀時，由曲線的半幅點確定的地層厚度為真厚度。當h<3d₀時，因受低放射性圍岩的影響，自然伽馬幅度值隨層厚h減小而減小，地層越薄，曲線幅度值就越小。對於薄地層曲線，半幅點確定的地層厚度大於地層的真實厚度，這樣的地層在自然伽馬曲線上就很難劃分出來。

3.1.3.2 自然伽馬測井曲線的影響因素

(1)時間常數和測井速度的影響

只有當測井速度很小時，測得的曲線形狀與理論曲線相似。當測井速度增加時，曲線形狀發生沿儀器移動方向偏移的畸變，造成畸變的原因是記錄儀器中的積分電路具有惰性(充電、放電都需要一定的時間)。其輸出電壓相對於輸入量要滯後一段時間，而下井儀器又在連續不斷地移動，於是就使測井曲線發生了畸變，圖3.1.5是考慮了積分電路的充放電時間常數τ和測速v的乘積vτ所作的理論計算結果。

vτ影響使GR曲線發生畸變，主要表現在幅度值最大值下降，且最大值的位置不在地層中心，而向上移動，視厚度h_a增大，半幅點位置上移。地層厚度越小，vτ越大，曲線畸變越嚴重。為防止測井曲線畸變必須限制測速及採用適當的積分時間常數。

在解釋中，常使用自然伽馬曲線的半幅點劃分地層界面，該點的記錄深度受測井速度和儀器的時間常數的影響。隨著測井速度增加或時間常數增大，異常的半幅點深度向上偏移的距離(稱滯後距離)越大。曲線半幅點的滯後距離可以根據下式近似估算:

滯後距離=υ×τ

把曲線的半幅點向下移動一個滯後距離即地層的界面位置。一般要求滯後距離小於35cm為宜，這就要求測井速度選擇適當。如果儀器的時間常數為2s，則v<600m/h才能防止曲線過分畸變。

(2)放射性漲落的影響

實驗結果表明，在放射源和測量條件不變，並在相等的時間間隔內多次進行γ射線強度測井時，每次記錄的結果不盡相同，而是在以平均值n為中心的某個范圍內變化。分析測量結果的分布得知，接近平均值的測量讀數具有較大的概率。這是由於地層中放射性核素的衰變是隨機的且彼此獨立的原因。這種現象叫放射性漲落或叫統計起伏現象。這種現象的存在，使得自然伽馬測井曲線上具有許多「小鋸齒」的獨特形態。參閱圖3.1.6。

圖3.1.5 vτ對自然伽馬測井曲線的影響

圖3.1.6 自然伽馬測井曲線漲落誤差

當 很大時，放射性漲落服從泊松分布規律，該分布曲線如圖3.1.7所示，圖中W(n)是單位時間內記錄的脈沖數n出現的概率， 單位時間的平均脈沖數。

通常用均方誤差σ表示測量結果的精度。

圖3.1.7 泊松分布曲線

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在滿足泊松分布的條件下，經過計算可以推出:

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|Δn|>σ的偏差只佔總偏差的31.7%，|Δn|<σ的偏差占總誤差的68.3%。通常把Δn₀=σ當做觀測誤差的標准，此時σ叫標准誤差。在核測井曲線上，如果曲線變化在－σ～+σ范圍內，則認為是由放射性漲落造成的這種變化。

實際工作中常用相對標准誤差δ，它用下式表示:

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核測井曲線上讀數的變化有兩種:一種是由於放射性漲落引起的，這種變化與地層性質無關。另一種是由地層放射性的變化引起的，根據這種變化可以:劃分井所穿過的地質剖面，正確地區分這兩種變化，是對核測井曲線正確解釋的前提。

測井時，用時間常數為τ的積分電路記錄。積分電路所記錄的讀數，相當於測量瞬時以前2τ的時間間隔內的脈沖計數率的平均值。所以曲線上任何一點的相對標准誤差:

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曲線上任何一點的計數率和真值間的偏差為:

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在核測井曲線上的計數率不是地層計數率的真值，我們只能用井下儀器通過地層的時間間隔t內測得的一般地層核測井曲線的平均計數率來近似表示。所以為了確定在曲線上任何一點的計數率的放射性統計起伏誤差的范圍，必須知道這段測井曲線和真值之間的偏差。

設下井儀器的測速為v，它通過厚度為h的地層，所用時間為t=h/v，測得該地層的一段核測井曲線，共計脈沖總數為N，單位時間內平均脈沖數為 ，則 。所以:

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總計數N中包含的標准誤差為:

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相對標准誤差為:

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由上式可見地層越厚和測井速度越小，相對標准誤差越小。測井曲線上的平均計數中包含的標准誤差σ₂，可由δ₂求得為:

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因為核測井曲線的統計起伏是上述兩個誤差之和，所以:

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因此，若測量的地層性質沒有變化，則讀數n落在 范圍內的概率是68.3%。如果分層正確，那麼該層內就應有70%左右的讀數不超出 的范圍。如果越出了，且超過(2.5～3)σ，則分層不正確，應重新分層。如前圖3.1.6所示。

圖3.1.8 地層厚度對自然伽馬測井曲線的影響

(3)地層厚度對曲線幅度的影響

圖3.1.8所示，該剖面由放射性元素含量較低的三層砂岩和放射性元素含量較高的四層泥岩組成。對於砂岩地層來說，雖然層2、4、6的放射性元素含量相同，但層6較薄，存在鄰層泥岩的影響，使得層6的自然伽馬測井曲線值高於層2、4。對於泥岩來說，雖然層1、3、5、7放射性元素含量相同，但由於層3較薄，存在鄰層砂岩的影響，使得層3的自然伽馬測井曲線值低於層1、5、7。可以看出，由於地層變薄，泥岩的自然伽馬測井曲線值會下降，而砂岩層的自然伽馬測井曲線值上升，並且地層越薄，這種下降和上升的幅度越大。因此，對於地層厚度小於三倍井徑(h<3d₀)的地層，在應用自然伽馬測井曲線時，應考慮層厚的影響。

(4)井的參數對自然伽馬測井曲線的影響

自然伽馬測井曲線的幅度不僅是地層的放射性函數，而且還受井眼條件(井徑、泥漿比重、套管、水泥環等參數)的影響。泥漿、套管、水泥環吸收伽馬射線，所以這些物質會使自然伽馬測井值降低。一層套管時的自然伽馬測井值大約是沒有套管的自然伽馬測井曲線值的75%。如有多層套管則自然伽馬值將明顯下降。

在大井眼和套管井中，定量解釋自然伽馬資料時，要做出校正圖版，進行必要的校正。

在沒有校正圖版的情況下，在實際工作中，根據具體情況用統計的方法可做出校正曲線，對測井曲線進行校正。

3.1.4 自然伽馬測井曲線的應用

自然伽馬測井在油氣田勘探和開發中，主要用來劃分岩性，確定儲集層的泥質含量，進行地層對比及射孔工作中的跟蹤定位等。

3.1.4.1 劃分岩性

利用自然伽馬測井曲線劃分岩性，主要是根據岩層中泥質含量不同進行的。由於各地區岩石成分不一樣，因此在利用自然伽馬測井曲線劃分岩層時，要了解該地區的地質剖面岩性的特點。下面是用自然伽馬測井曲線劃分岩性的一般規律。

在砂泥岩剖面中，砂岩顯示出最低值，黏土(泥岩、頁岩)顯示最高值。粉砂岩、泥質砂岩介於中間，並隨著岩層中泥質含量增加曲線幅度增大。如圖3.1.9所示。

圖3.1.9 砂泥岩剖面自然伽馬測井曲線

在碳酸鹽岩剖面自然伽馬測井曲線上，黏土(泥岩、頁岩)層的讀數最高，純的石灰岩、白雲岩的自然伽馬讀數值最低，而泥灰岩、泥質石灰岩、泥質白雲岩的自然伽馬測井值介於兩者之間，而且隨著泥質含量增加而增大。如圖3.1.10所示。

在膏鹽剖面中，用自然伽馬測井曲線可以劃分岩性並劃分出砂岩儲集層。在這種剖面中，岩鹽、石膏層的曲線讀數值最低，泥岩最高，砂岩介於上述二者之間。曲線靠近高值的砂岩層的泥質含量較多，是儲集性較差的砂岩，而曲線靠近低值的砂岩層則是較好的儲集層。圖3.1.11是用膏鹽剖面自然伽馬測井曲線劃分砂岩儲集層的實例。

3.1.4.2 地層對比

與用自然電位和普通電阻率測井曲線比較，利用自然伽馬測井曲線進行地層對比有以下幾個優點:

圖3.1.10 碳酸鹽岩剖面自然伽馬測井曲線

1)自然伽馬測井曲線與地層水和泥漿的礦化度無關。

2)自然伽馬測井曲線值在一般條件下與地層中所含流體的性質(油或水)無關。

3)在自然伽馬測井曲線上容易找到標准層，如海相沉積的泥岩，在很大區域內顯示明顯的高幅度值。

在油水過渡帶內進行地層對比時，就顯示出自然伽馬測井曲線的優點了。因為在這樣的地區同一地層不同井內，孔隙中所含流體性質(油、氣、水)是不同的，這就使視電阻率、自然電位和中子伽馬測井曲線變化而造成對比上的困難。自然伽馬測井曲線不受流體性質變化的影響，所以在油水過渡帶進行地層對比時，可以使用自然伽馬測井曲線。

在膏鹽剖面地區，由於視電阻率和自然電位測井曲線顯示不好，使用自然伽馬測井曲線進行地層對比更為必要。圖3.1.12是利用自然伽馬測井曲線進行膏鹽地區地層對比的實例。

3.1.4.3 估算泥質含量

由於泥質顆粒細小，具有較大的比面，對放射性物質有較大的吸附能力，並且沉積時間長，有充分時間與溶液中的放射性物質一起沉積下來，所以泥質(黏土)具有很高的放射性。在不含放射性礦物的情況下，泥質含量的多少就決定了沉積岩石的放射性的強弱。所以利用自然伽馬測井資料可以估算泥質含量，常用的估算方法如下。

圖3.1.11 用自然伽馬測井曲線劃分膏鹽剖面砂岩儲集層

圖3.1.12 用自然伽馬測井曲線進行地層對比

地層中的泥質含量與自然伽馬讀數GR的關系往往是通過實驗確定的。通常採用下式求泥質的體積含量V_sh:

地球物理測井教程

式中:I_GCUR為希爾奇(Hilchie)指數，它與地層地質年代有關，可根據取心分析資料與自然伽馬測井值進行統計確定，對北美古近－新近系地層取3.7，老地層取2;I_GR為自然伽馬相對值，也稱泥質含量指數，且:

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C_GR、C_GR，min、C_GR，max分別表示目的層、純砂岩層和純泥岩層的自然伽馬讀數值。

『玖』 請教個問題，宇宙飛船用核反應堆做動力源，工作原理是怎樣的我的意思是，

核分裂式推進系統之一，核分裂熱推進引擎 這是以核分裂作動力源的推進系統。其燃料主要是鈾235或是鈽239。就能量利用方式的不同可以分幾個支系。以火箭系統的支系而言，是以核分裂燃料產生熱，加熱燃燒室中的工作流質（即推進劑）使其噴出。通常採用分子量最低的氫作為獲得反作用力的工作流質以求得最高的噴氣速度。美國在六零年代曾經進行過一項稱之為「核子引擎火箭推進系統應用」的研究計畫，（Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications,NERVA）測試過這類核子火箭的可能性。 NERVA沒有實際升空測試，而是把引擎放在地上，噴氣口朝天噴射的大規模引擎測試計畫。這個計畫中建造了十數部引擎，密集測試了數十次。其中測試機組中的最高出力約為1130MW，比沖約為 850秒，推力從一萬磅到二十五萬磅的都有。最高記錄曾以全功率連續運轉28分鍾。而且這些只是以60年代的技術作出來的測試用引擎，便有90年代最先進化學火箭兩倍以上的比沖量。以這個測試用引擎的能力，約可使標准太空船達到 794m/sec的ΔV。而此種引擎的理論理論比沖值約在750秒到1200秒之間。 NERVA 研究計畫後來在80年代美國政府刪減火星登陸計畫預算時中止，所有設備皆被棄置，但寶貴的測試資料與經驗都留下來了。如果需要的話，這種引擎是能在最短時間發展出來的優秀次代火箭引擎。和尚未成功的受控核融合火箭相比，這種核分裂火箭用的是已經成熟，相當實際的技術，只要投下經費，十年內便可建造出可靠的引擎裝到太空船上。 另外一方面，即使NERVA 計畫結束，大量理論方面的基礎研究並未跟著停止。就核分裂熱推進系統而言，理論上具有另一種較為優秀的引擎存在，即氣態核心反應爐。這是相對於NERVA 計畫中使用的固態（石墨）核心反應爐而言，以鈾電漿與氫混和的氣態爐心反應爐。其比沖潛力在5000秒~10000秒之間。這類引擎的困難與受控核融合爐有點類似，皆為爐心高溫氣體的處理相當麻煩。不過由於其並非欲進行核融合，氣體溫度僅約攝氏數萬度，遠較融合爐的數千萬到上億度為低，因而難度低了許多。若取理論平均值7000秒比沖來計算，則使用這類系統的標准太空船之ΔV可達到6538m/sec。但這類系統，包含固態爐心的 NERVA計畫都有個相似的缺點，即其排氣具有放射性，因此不能在地球上使用。在太空中則無妨，因放射性氣體會很快擴散開來。核分裂系統的理想噴氣值約為11200km/s。 3.核分裂式推進系統之二，核分裂電推進引擎 這種系統簡單的來說，就是用核電廠發電，以電力來加速發射帶電粒子來獲得推力。當然這個核電廠的體積和重量必須縮小到能夠裝進太空船中才行。而小型核電廠已經算是相當成熟的技術了，例如目前最小的核子潛艦排水量才兩千噸左右，因此基本上此類系統問題並不大。而發射的帶電粒子則可從電子到各式離子與電漿等范圍，視需求而有不同。基本上為求得較高的推力與較快的加速度，工作流質以質量較重的金屬離子或電漿為主。若是要求效率的話則就以發射較輕的粒子如氫離子來得到較高的噴射速度。 要注意的問題是需保持太空船的電中性，若是一直製造並發射正離子的話，太空船就會累積負電荷，因此得在離子噴射口中一並噴射電子。若是用電漿推進系統的話則無此問題，電漿本身就是電中性的氣體。這類電推進系統的比沖非常大，通常約在1000秒~10000秒之間，這是以光電池等一般動力輸出得到的比沖值。但其潛力不止於此，若是能以核分裂動力提供源源不絕的能源來加速很輕帶電粒子，則具有把比沖提高到100000秒的潛力。以具有100000秒比沖的引擎來計算，標准太空船約可達到 93404m/sec的ΔV。 這類系統的缺點是推力非常低，其為了效率必須使粒子加到極高的速度噴射，但粒子的質量非常小，單位時間內能噴射的粒子質量有限因此獲得的推力很低。故採用此種系統的太空船加速度會非常低，一般大約在 10的負5次方個 G左右。因此必須持續數周到數月的加速才能達到設計上的最高速度，同時也不可能推動太空船從星球表面起飛。 4.核融合式推進系統之一，受控核融合推進系統 這是把前面的核分裂熱推力引擎的能量來源改成核融合，基本原理是一樣的。基本上較受到注意的反應方程序有以下這幾個： D + D -> T + p + 3.25 MeV D + D -> He3 + n + 4.0 MeV D + T -> He4 + n + 17.6 MeV D + He3 -> He4 + p + 18.3 MeV 四個方程序中最有效率的是第四個氘與氦三融合的反應，且此一反應不產生中子，幾乎毫無污染，安全性非常高。但地球上不產氦三，只在核子爐中有少量生產，因此價格較高。月球表面氦三倒是很多，但必須建立開采能量。而第一個兩個氘之間的融合則原料比較便宜，氘可以從海水中提煉出來，不過這個反應效率較低。第二第三個反應則會產生中子，會有較大的中子射線屏蔽的的問題。 使用受控核融合引擎，則隨著不同的需求會有不同的比沖值，理論比沖值潛力在1萬秒到200萬秒之間。比沖值的差異在於混入氣體的調整。簡單的來說，如果在融合爐開個出口，讓氘與氦三反應產生的電漿慢慢泄漏出來，用融合反應產生的能量將這些電漿噴射出去，（也有直接用反應爐開洞噴射的方法），就可以得到秒速兩萬公里的極高的噴氣速度，因此而能有約 200萬秒的比沖值。但是基於與電推動系統相同的道理，電漿的單位流量質量非常小，所以雖然噴氣速度高，推力卻不高。但如果在從融合爐排出來的微量電漿里加入氫混和之後再一並排出去，則由於混入氫之後噴射氣體的質量提高了，使噴氣速度Vc下降，比沖值也跟著下降，但推力卻可以大幅增加。將氦三－氘反應電漿與氫以 1:99的比例混和，即噴射排氣中含有99%的氫的時候，噴氣速度會降成秒速一百公里，比沖值約為 10000左右。 故此種受控核融合推進系統可以用調整氫氣導入量來改變推力，在一些需要大推力如超越重力梯度的星球起飛或是緊急加速時非常方便。但這就會造成短時間內效率的下降，會稍微降低太空船的最終速度。附帶一提的是，第四個公式的氘和氦三反應產生的是氦四，氦四是一種惰性氣體，不含輻射線，所以第四個公式反應之引擎加上氫氣噴射的標准太空船可以直接從地面起飛，不會有輻射污染的問題。唯一的問題是這種引擎的出力太大，起降場地面積要很大，且清場得清的干凈一點，任何太靠近的人都會倒足大霉。以兩百萬秒的比沖值，秒速兩萬公里的噴氣速度來算，則約可使標准太空船達到 1906km/sec的ΔV值。核融合基於其理論能量轉換效率，其理想噴氣值約為26800km/s。 5.核融合式推進系統之二，核融合脈沖推進系統 雖然受控核融合技術尚未完成，但目前也有可以立刻使用的核融合推進方法，就是引爆氫彈來推動太空船。這種方法被稱為核融合脈沖推進或是爆震推進。基本上的設計是這個樣子的，以數噸到數百噸TNT 威力等級的小威力氫彈做為燃料，作成微型氫彈燃料球，每個燃料球直徑大約只有一兩公分。然後在內藏或外部的燃燒室中央以高能聚焦電子束或是雷射束來點燃這些微氫彈來誘發爆縮式的核融合反應。這些氫彈爆炸後將會產生高溫高壓電漿，然後與混和的氫從燃燒室噴射出去獲得推力。 這種系統構造驚人的簡單，燃燒室強度不需要很大，因為每個氫彈球的威力是可以事先調整的，只有數噸TNT 甚至是只有公斤級TNT 等級威力的微氫彈也是可以作得出來的。以目前的技術，完全可以做出可以承受此種等級爆炸威力的燃燒室，當然燃燒室外層還是要裝上超導線圈，弄出磁場來減少電漿對燃燒室壁的侵蝕，同時巧妙灌入的氫氣也可以有效保護燃燒室壁。 即使是小威力的微氫彈，如果以每秒數十枚到數百枚的流量射入燃燒室內引爆便可獲得相當高的總推力，且此推力可由調整氫彈流量而調整。這可以用簡單的機車二行程引擎來想像，在二行程引擎中也是用混和油氣的爆炸來提供動力，同時用調整油氣流量來得到不同的加速度。駕駛員只要轉動油門便可以加速。 這種系統除了氫彈燃料球流量外，與受控核融合引擎相同的也可以經由導入燃燒室混和的氫氣數量來改變推力。這類推進系統已經經由成功的試飛實驗證實，不過用的燃料不是氫彈而是炸葯。剛開始實驗時那些科學家曾不小心把測試火箭炸成碎片，不過後來經過一些調整，成功的把小火箭發射到數十公里的高空。由於是用連續的爆炸脈沖推動火箭，所以稱這類推進系統為脈沖式推進或爆震式推進。 這類系統的比沖潛力約在一萬秒到一百萬秒之間。還有系統構造極為簡單，造價非常低的優點。缺點是比起受控融合爐的液態燃料儲存方式，固態的燃料球在貯存與運輸上都會比較不方便，占的空間會相當大。使用這種推進系統的標准太空船之ΔV是受控融合系統的一半，約953km/s左右 另外必須一提的是，脈沖推進法也可以用在化學燃料與核分裂燃料上。對於化學燃料使用這種方法的效果尚在研究，但是就核分裂燃料而言，使用此法有一些先天缺陷存在。就核融合而言，當量是沒有限制的。大到太陽等級的核融合反應，小到只有幾毫克電漿的融合反應都沒問題。所以可以把單次爆炸威力減低到燃燒室可以承受的地步，再用多次爆炸來維持推力。但對於核分裂而言則存在著一個臨界質量，只有在超過臨界質量的情況下才會產生連鎖式核分裂反應。因此至少要有一定質量的分裂物質才能產生核分裂，換句話說，爆炸威力是有一個下限的。這個下限隨著分裂原料的不同，大約是數千噸到上萬噸TNT 當量左右。而一般的燃燒室無法承受這么大的威力，因此必須使用開放式的外部爆震推進法，而這會造成能量的浪費。且即使是使用此種方法，想承受每次數千噸威力的爆炸，對於太空船的結構將是一個很大的考驗，更傷腦筋的是中子源等輻射屏蔽的問題了。因此在技術上，反而是核融合脈沖推進系統較為簡單易於被接受。 6.正反物質的對消滅--光子火箭系統 此種推進系統乃是火箭系統理論上的極致。以正反物質對消滅來獲得能量的光子火箭，可以極限速度光速來噴射光子或光波獲得推力。因此其理論噴氣速度達到上限，為每秒三十萬公里，比沖值上限約為三千萬秒。裝備這個系統的標准太空船可獲得約 28600km/sec 的ΔV，遠高於前述任何推進系統。但同樣的，光子的等效質量非常低，因而推力會很低。想增加推力唯有靠老方法，於對消滅反應爐中導入氫氣，代價就是降低比沖值。 不過與核融合反應爐不同的是在對消滅火箭中這是兩個不同的反應過程，需要用不同的系統。就核融合爐而言，進行反應後產生能量，並融合成氦四的電漿氣體仍是以電漿形式存在，其以熱能的方式提供能量，之後可以直接將這些融合後的電漿氣體以熱能噴射或以電推進的方式推動噴射，是否加入氫氣並不影響這個過程。但在正反物質對消滅中，燃料將完全消滅，剩下來的是以光子型態的能量，使用反射鏡將這些光子集中成一束單向發射來進行光子推進獲得推力，這就使得此類系統必須以光子這種極低等效質量的粒子為唯一的推進劑。若是想用導入氫氣增加推力的方法，則必須回到類似於融合爐之類的密封燃燒室設計，只不過在其中以正反物質殲滅來取代核融合反應，但這種設計將無法進行最高效率的光子推進。換句話說，高效率光子推進系統和可變推力系統是兩種不兼容的系統，必須獨立存在。 也就是說若是太空船想以反物質燃料同時獲得高效率推進與大幅推力調整的能力，則必須同時裝備這兩種引擎。當然兩者可共享同樣的反物質燃料槽與液氫槽，但液氫槽容量將遠比反物質儲量大，其中將只有少部份用於對消滅反應，絕大部份則是供給推力調整引擎作為被噴射出去的推進劑。這實際上已經可以算是一種混合式推進系統了。光子火箭的缺點是推力太低（不考慮可變推力系統的話），反射高能光子（γ射線）的反射鏡製作極為困難，還有反物質燃料十分昂貴。 就燃料而言反物質是可以人工製造的，而且不需要任何特殊原料。物質和反物質實際上便是凍結了的能量，因此可將能量轉換成反物質。目前在迴旋加速器進行高能粒子碰撞中已可產生並收集反粒子，但由於所需能量太高因而產量極低。以目前的技術水平，反物質的生產成本為每毫克三千億美金，這當然是不可能被接受的價格。但由於反物質的能量轉換效率是理論上最高的一種，具有極高的應用價值，因而將來反物質的生產可會能成為一個大規模的產業。構想中的方法是，在水星以內的環日軌道上建造超大型的迴旋加速器，並配置大量太陽能光電板與太陽熱電力的方式發電，以太陽的巨大的能量來生產反物質。整個系統的建造成本會很高，不過維護操作成本就會很低了，原料則完全不需要，只要太陽沒有停止發光就成了。 7.太陽能火箭的最新發展，太陽能電推進系統 這是與核能電推進系統完全相同的系統，只不過動力源改成太陽能。此類系統是目前人類的技術結晶，且已有現貨。已於98年10月24日發射第一艘使用此類系統的太空船，即Deep Space 1深太空一號。將來的行星探測太空船大部分都會裝上此類系統。它使用新型更輕更薄的高效能太陽能板，發電效率遠比舊式太陽能板高，故可以讓離子引擎在遠地行星如海王星，冥王星一帶有效運作。將來的大型太空船也可以裝上此類系統。這可以說是將來太空船的主要推進系統，因為可以直接由日光中取得能量，故效率在第一類推進系統中排名第一。自然在需要更高加速度與遠離太陽的地方需要與其它推進系統如核融合系統配合。核能電推進系統的推進器與太陽能電推進系統是完全相同的，所以可以使用同樣的推進器，同時裝設太陽能與核能兩種動力源，這也可以減低系統的重量。