伽马中子超反射镜设计方法研究

‘壹’ 橡树岭国家实验室的主要成就

1、核动力与研究反应堆—从曼哈顿工程到电的产生
20世纪四十年代诞生了许多动力反应堆概念，有些发展被认为仍然有效的技术。因为认为铀非常稀少，所以一些科学家想出一种产生多余消耗钚的快速反应堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用钠冷却增殖反应堆的第一个设计。
2、反应堆化学—钷的发现
1914年，第一次世界大战中在战斗中阵亡的前一年，其工作影响元素在周期表中最后排序。才华横溢的英国物理学家证明在稀土钕和钐之间应该存在元素61。1941-42年美国化学家们试图造出元素61，但不能证明已经造出这一元素。
1945年，在Charles Coryell的领导下，工作在石墨反应堆上的化学家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他们通过铀的裂变和用用来自反应堆中裂变铀的中子轰击钕获得这一元素。他们在附近的热实验室和化学楼里工作，利用离子交换色层法，首次从化学上鉴定了元素61的两个同位素。
Marinsky和Glendenin在1947年的美国化学学会会议上宣布了他们在化学上证明元素61的存在。1948年，他们在马省理工学院工作时建议将元素61“钷”命名为普罗米修斯（希腊神话中的巨人，相传因盗取天火给人类触怒主神宙斯，被锁在高加索山崖遭受神鹰折磨）。这一想法来自Coryell的妻子Grace Mary。1949年这一名称被国际化学化学联合会所接受。
钷是在地球地壳中没有发现发射β的放射性金属，在仙女座中一个星的光谱里看到了它。钷147用于导弹中的仪器核动力电池。
3、核同位素
二次大战期间，橡树岭Y-12厂被用来电磁分离两个铀同位素，产生曼哈顿工程用的武器等级的材料。大战结束后，除了一个电磁型同位素分离器大厅外，其他所有的大厅均转为它用。剩余的设施转给ORNL，生产许多用于和平目的的同位素。
4、核医学—疾病的诊断和治疗
将ORNL产生的放射性同位素转变为可恢复人体健康的试剂是ORNL核医学研究人员长期以来的奋斗目标。20世纪七十年代中叶以来，在Russ Knapp的领导下，他们开发出用于医学扫描诊断心脏病的放射性成像试剂。该试剂已经在全世界350000病人研究中经过了试验，在日本和俄罗斯进行工业化生产，并用于治疗无数的心脏病患者。ORNL试剂是用放射性碘做标记的脂肪酸，可用来探测心脏病发作后心肌有多少还活着，预测搭桥手术或气球状的血管成型术是否会恢复所有血液流通。
5、核燃料—开发新工艺
第二次世界大战期间，橡树岭的石墨反应堆是作为一个试验工厂为展示钚的产生而运行的。ORNL的研究人员开发出从用过的铀燃料和裂变产品中分离钚的化学工艺。他们利用沉淀从溶解在硝酸中用过的燃料中提取钚，设计和应用工艺。
6、核燃料—核工业的新设计
上个世纪四十年代末，由Eugene Wigner领导的ORNL小组设计了水冷却释热元件，确保材料试验反应堆产生足够高的中子浓缩度，以便确定哪些支撑最好的材料可用于未来反应堆。该组设计的铀释热元件放在铝板之间，外面由铍包围，将中子反射回到堆芯。Wigner最有名的发明是将铝板弯曲，所以在非常热的情况下，它们只向一个方向弯曲，防止水冷却液流量的压缩，这决定着中子的流强。这个设计是美国研究反应堆和潜水艇堆芯的模型。
7、核燃料—国际软件
SCALE是一个易于使用用来确定核装置的设计和传输或存储数据包是否符合核安全标准的计算机软件系统。ORNL开发的系统在世界范围里被用来回答核安全问题。例如：装有用完的核燃料的储存罐足以屏蔽，防止雇员达到有害辐射水平吗？罐的设计，在平板卡车或火车车厢里罐的摆放，会防止涉及不受控制地释放能量和辐射的临界事故吗？
8、核安全—了解挑战
ORNL在无数方面对核安全起作用。它培养了900多位反应堆设计和安全操作方面的工程师。实验室出版了核安全杂志已有30多年。60年代以来，ORNL已经对核临界安全具有了重要影响 — 利用工业控制防止产生在铀或钚的处理、储存和运输中发生意外不能控制的链式反应的潜在后果。ORNL的研究人员提供几个临界安全标准和管理批准这个指导原则的国际小组。
9、核脱盐—渴望解决方案
联合国估计全世界有11亿人口，几乎6个人中就有1人喝不到安全的饮用水。一种解决的方案是从海洋里取水并把盐除掉。
10、核不扩散—降低核威胁
2002年，ORNL组与美国核安全局、国务院和国际原子能委员会的专家们一道从南斯拉夫反应堆上安全拆除50公斤的高浓缩铀。这些材料被运到俄罗斯转为反应堆级燃料。
为减少美国和俄罗斯反应堆产生的多余的武器级的钚，ORNL管理多处为轻水反应堆生产、辐照和试验基于钚的混合氧化物燃料的工作。ORNL管理和与俄罗斯从事开发生产俄罗斯反应堆所用混合氧化物燃料需要的技术。
通过将原苏联的武器研究人员固有的技术商品化和重新产业化的努力，ORNL正为他们创造有意义的工作。
11、中子散射—变化的仪器
1994年，率先在橡树岭石墨反应堆上采用中子散射开展材料研究的Clifford Shull分享了诺贝尔物理奖。Shull和他的导师Ernest Wollan利用中子散射确定晶体中原子在哪里。中子散射在世界上被用于研究材料的结构和动力学，开发出强力塑料、小电机中看到的改进的磁性材料、信用卡、计算机磁盘和CD盘。1945后期，用X射线散射研究固体和气体的Wollan考虑用石墨反应堆的中子研究散射。他通过让反应堆中子经过晶体产生了一个单波长中子束流，并用谱仪测量与中的原子核相互作用所发生的中子散射的角度和能量。这一信息帮助揭示物质的结构。
12、半导体—打造数字的未来
过去40年间，ORNL的研究人员提供了重要的信息和技术，产生了半导体产业，提高了该产业的经济意义。
1962年，Ordean Oen和Mark Robinson在开展晶体材料中辐射损伤理论研究的同时，进行揭示离子沟道影响与固体中长排的原子平行的原子的长距离运动的计算机模拟。这一工作和Bill Appleton、Charles Moak、Sheldon Datz、Herb Krause和其他人所做的高能离子沟道实验能够了解沟道现象，帮助工业界生产具有正确特性的植入离子的半导体材料。
13、半导体—传输电力
由于有了高温超导线和电缆，未来的电网将更加有效。ORNL的研究人员与工业伙伴合作，利用1986年发现的现象所开发的高温超导线的电阻比铜线的电阻小得多。与相当的技术比较，使用这样的线的设备占用空间较小，运行费用较低，耗能较少。美国电网中超导电缆导电是同样大小尺寸铜线的5倍。因为高温超导电缆以热量形式损失很少的能量，所以电传输的损耗减少一半，从8%降低到4%。
14、离子植入材料—实在的人造关节
在ORNL，通过纯理论手段出色地发现离子沟道，最后导致制定基于加速器的计划将离子引入材料。研究人员发现离子植入能够改进许多材料的表面，包括用于制造人造髋关节和膝盖的合金。
15、环境影响分析—寻找平衡
联邦政府资助或批准的设施在建造前，必须认真检查工程的效果。在环境影响说明中，必须权衡它们的造价和效益。自1971年以来，为核电厂曾准备过这样的环境影响说明。ORNL和其他三个国家实验室的研究人员涉及一个应急计划，为90个运行核电厂和那些建设中的核电厂或正在设计中的核电厂起草环境影响说明。七十年代，ORNL还涉及决定是否为提出的电厂建造冷却塔，以保护哈德逊河的有条纹鲈鱼。ORNL的工程师们开发出的一种电子标记，它通过手术植入雨中。该标记发射出超声波信号，用于观测三文鱼靠近水电大坝时的变化 — 这一信息有助于鱼安全通大坝的上游和下游。
16、环境质量—种下科学的种子
来自工业设施的放射性和有害物质对构成生态系统的动植物有什么影响？生态系统与地球大气如何发生相互作用？ORNL的研究人员帮助回答了这些和其他50多年来的其他问题，开创了生态研究的新领域。
17、空间探索—最后的前沿科学
2002年8月20日，美国国家宇航局庆祝旅行者2号宇宙探测器通过太阳系旅程25周年 — 可能是人类探索宇宙最伟大的功绩。旅行者2号向地球发回令人注目的木星、土星、天王星和海王星地形、环和卫星的照片。旅行者2号距太阳足足超过60亿英里远，上面载有ORNL制造的材料。
18、石墨和碳产品—从导弹到纳斯卡（NASCAR）
石墨反应堆的名称承认石墨需要有的特性。这种形式的结晶碳被选为橡树岭的第一台反应堆和Hanford钚产生反应堆的减速器。石墨不仅将铀裂变中产生的中子减速到足以使钚形成，而且还在高温时变得更强，并抗辐射损伤。
19、先进材料—工业用的合金
材料合成ORNL第一个开发的商业化的合金是耐盐酸镍基合金-N，先由国际镍公司出售，由Haynes International公司销售。这个镍-钼-铜-铁合金是由Hank Inouye和其他人开发的，含有ORNL开发的熔盐反应堆使用的燃料。该种合金抗老化、抗断裂和抗暴露在热的含氟化物的盐引起的腐蚀。
20、先进材料—工具、涡轮机和柴油发动机
许多发明在10到15年里从实验室到工厂都不会取得成功，但ORNL的一种陶瓷发现后3年成为商业产品。这个名人遗物收藏馆的陶瓷是铝氧化物和从普通米壳制造的微观硅炭化物SiC晶须的复合材料。
21、生物技术—用细菌清除
ORNL生物技术一个早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示：花园土壤中的细菌能够去掉工业废水中的硝酸盐和稀有元素。ORNL在俄亥俄州的Portsmouth铀浓缩厂建了一座试验生物反应堆处理硝酸盐废物。橡树岭Y-12国家安全整套装置为处理硝酸废物的一座工厂采用了Francis的设计。在这些场地利用重组体和自然细菌处理地下废物的生物治疗在继续进行。
在1997年进行的lysimeter实验中，ORNL采用了基因工程微生物来探测土壤污染物；美国政府部门首次批准它在能源部的一个场地有控制地向环境释放。
六十年代，Howard Adler和他的助手们研究辐射对大肠杆菌的影响。一些被辐射损伤的细菌死亡，神秘的是除非它们生长在有其他细菌的情况下。最终的解释是含有来自那些其他细菌薄膜部分的酶，它把氧从介质中去掉，使得受损伤的大肠杆菌得以复原。
Adler和Jim Copeland开发出一项提取和冷藏这些薄膜碎片，和利用它们去掉来自支持厌氧微生物（在氧中死亡）液体介质的氧的技术。他们的技术有助于早发现由厌氧微生物和生产像丁醇之类的化学品引起的疾病，如破伤风和坏疽。1987年，他们成立了Oxyrase公司，继续向北美、南美、亚洲和欧洲的医院病理学和研究实验室销售诊断介质。
利用在生产除冰剂、食品添加剂、溶剂和最后是塑料中需要的将普通糖转化为琥珀酸的一种新的微生物，ORNL和美国能源部其他的国家实验室与应用碳-化学制品公司（Applied Carbo-Chemicals）一起开发了一种发酵工艺。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反应堆中开发了这一发酵工艺。应用碳-化学制品公司展示了这一很快商品化的发酵10万公升的工艺流程。
22、光合作用—发现光
发现光对研究绿色植物细胞和辐射有兴趣的几位ORNL的生物学家集中研究了光合作用。
23、生物系统—生命工厂一瞥
ORNL制定其生物研究计划，旨在确定辐射的性质和辐射对活细胞的影响。
这些研究是出于关心反应堆、原子武器试验和进入人体的放射性元素的辐射对健康的影响而进行的。辐射生物学方面的世界权威Alexander Hollaender1946年来到橡树岭，率领ORNL的研究人员开展辐射对微生物、果蝇、植物和以后是老鼠的影响的研究。他制定了一项广泛的计划，一度使ORNL成为世界上最大的生物实验室。曾在ORNL从事生物科学研究的20名研究人员被选为美国国家科学院的院士。
24、计算生物学—发现基因，预言蛋白质结构
ORNL的计算生物学研究人员在人类基因组工程中起着重要作用。2001年，《科学》和《自然》杂志特刊刊登了人类基因组草图，这两个特刊都提到了ORNL的生物信息学研究。ORNL的Frank Larimer、Jay Snoddy和Ed Uberbacher被列为那期《自然》主要论文的两作者。Uberbacher和Richard Mural开发的GRAIL发现基因工具用于这项工作，《科学》杂志的基因组计划大事记中也提到了它。
Ying Xu和Dong Xu开发了蛋白质结构预言和评估计算机工具盒（PROSPECT），即预言来自氨基酸序列的蛋白质三维结构的计算工具。了解这些特定的蛋白质三维结构对疾病的研究和发现药物至关重要。PROSPECT可在几小时而不是传统实验需要的数月就可确定蛋白质的几何结构。它是世界上最佳的预言蛋白质结构的工具之一。
25、生物医学技术—检查和预防疾病
在过去的50年中，ORNL的研究人员发明了大的仪器，小型分析仪和小的芯片，用来诊断或预防人类疾病和小毛病。
1950年，由物理学家P. R. Bell领导的ORNL的一个组发明了一种改进闪烁谱仪，测量从磷光体产生与辐射打击这些晶体成正比的光闪烁的次数和强度。多路分析仪用电子学装置将这些闪烁记录下来，能够快速对β和γ辐射能量进行分析。
1956年，Bell的组找到将电子计算机并入医学扫描仪更精确地突出吸收放射性同位素的肿瘤的方法，从而不必要开刀来检查癌。ORNL开发的这些商业型号的成像机器被用于全世界的主要医学中心，用来查出恶性肿瘤的位置，以便进行治疗，延长患者的生命。
1961年，利用美国原子能委员会和美国国家卫生院提供的经费，由Norman Anderson领导的ORNL的一个组发现用于生产核反应堆燃料浓缩铀离心技术的医学应用。研究人员证明，根据大小和密度将物质分离成为分子组成部分的快速自旋分离机，通过去掉可造成免疫病人副作用的外来蛋白质，能够纯化疫苗。到1967年，以ORNL发明为基础的商用带状离心机为无数人生产了更为安全的疫苗。
在Anderson的引导下，Charles Scott和其他ORNL的研究人员在六十和七十年代末发明了可提的快速离心分析仪，用于全美国的医疗诊所。这些分析仪在几分钟内就能检验出血、尿和体内其他流体的成分，为医疗诊断记录下数据。
这些机器中，最着名的是ORNL的GeMSAEC，它由国家卫生院的普通医学科学处和原子能委员会共同资助。利用一个旋转15个透明管通过光束的转子，GeMSAEC将结果显示在示波器上，将数据送入计算机，在以前一次分析所用的时间里完成15的医学分析。以这一发明为基础的医学分析仪用于许多美国的诊所。
在七十和八十年代，ORNL的Carl Burtis发明了可提血液转子（blood rotor），它采用了最新的技术，根据GeMSAEC的概念加以改进。这个小的分析仪采用与光束存在的情况下的血液成分发生作用的各种试剂，旨在为诊所医师和兽医快速和同时提供人和动物血液组成部分的测量结果。该技术于1992年转让给Abaxis公司，仍然生产以该技术为基础的血液分析仪。
九十年代，由ORNL的Tuan Vo Dinh和位于Knoxville的汤姆森癌症救生中心（Thompson Cancer Survival Center）的Bergein Overholt和Masoud Panjehpour开发了一项确定食管肿瘤是良性还是恶性的非外科激光技术。
这个光学传感器采用内诊镜、光纤、激光和算法规则收集和比较食道中的荧光图形（正常的恶性组织不同）。该传感器已在汤姆森癌症救生中心200个患者的1000个样品中经过试验。在占98%的试验中，光学的和外科的活组织切片检查结果一致。ORNL已经将光学活组织切片检查技术转让给了Nashville的橡树岭癌症即刻化验室。
Vo-Dinh、Alan Wintenberg和其他人发明了一种先进的多功能生物芯片系统，将来的某一天，它可在医生的办公室里很快诊断很多疾病。该项技术已经转让给了橡树岭的HealthSpex公司。
九十年代初期由ORNL的研究人员Mike Ramsey发明的“芯片实验室”的改进型号被Caliper技术公司（Caliper Technologies）商品化。这些火柴盒大小的芯片有几个比人的头发还细的通道，它们与存储器连接，所有的存储器利用微加工技术都刻在极小的玻璃板上。芯片可以用来分析DNA、RNA、蛋白质和细胞。Caliper技术公司也在销售针对发现药物的高输入输出信息通过量实验用的设备。该公司2001年的销售额接近3000万美元，比2000年增长59%。
26、智能机器—用机器人降低风险
机械操纵器早已用于高放射性物质工作屏蔽室，防止使用者接触放射性物质。从七十年代晚期开始，ORNL的研究人员就发明了遥控的灵巧伺服操作器，可在电视上看这些操作器的工作。这样的“遥控操作”技术能够使在对人太危险的放射性区域的工作成为可能。这一技术扩展了阿贡国家实验室提出的较早概念，启动了ORNL机器人的研究。从此，遥控技术便应用到核燃料再加工、军事战场弹药管理、加速器、聚变反应堆和美国能源部全国废料厂环境清理工程（如遥控等离子体弧切金属结构以拆除被污染的设备）。
27、有害辐射防护学和辐射计量学—帮助确定辐射防护的指导原则
1942年12月当芝加哥获得第一个受控连锁反应时，一些物理学家测量了工作地点的辐射强度。因为曼哈顿工程开始，所以需要用“有害辐射防护学”的方法测量由人造核素放射出的辐射和控制工作地点的放射性污染。
28、辐射屏蔽—安全第一
20世纪三十年代，Eugene Wigner发明了一个公式，表明有些材料比其他材料在接收或放慢中子散射中更为有效。这一工作确立了辐射防护研究的基础。
到1951年，在Everitt Blizard的指导下，ORNL成为进行计算以确定需要防止人和设备受到有害辐射强度辐射的铅、钢和混凝土屏蔽的厚度和配置。对于后来流产的核飞机工程，ORNL的研究人员努力工作，以找到保护由小核反应堆提供动力的飞机机组人员免受辐射的重量轻的屏蔽材料。为了给这一工作提供数据，五十年代建造了ORNL整体屏蔽反应堆和塔式屏蔽装置。
1958年，ORNL的研究人员开发了中子传输代码和光子传输代码，它们的屏蔽配置最佳地防止人类受到中子和伽马射线的辐射。1959年，他们评估了为美国第一艘也是唯一的一艘核动力民用船只Savannah号提出的反应堆屏蔽的有效性。
1966年，橡树岭电子直线加速器开始为屏蔽代码开发者提供辐射如何与单个原子在屏蔽材料中发生相互作用方面的数据。该加速器帮助科学家们回答了像“中子辐射被原子核捕获或散射掉了多少？”和“引起原子裂变多少？”这样的问题。
1967年，ORNL开发了计算模拟代码，该代码仍然用来评价辐射屏蔽的有效性。1986年，橡树岭传输模型公布；这个第一次公开的辐射传输模拟代码能够解决极大、复杂和三维屏蔽问题。
ORNL的屏蔽研究正用于设计散裂中子源靶、医学辐射治疗和国土安全工程。ORNL的研究人员还对困难屏蔽问题的咨询请求做出反应。
29、信息中心—分享科学数据
四十年前，ORNL所长Alvin Weinberg率领总统专门小组研究解决迅速增长的数据量问题。该小组建议成立专门的信息处理中心，负责为科学界评审、分析、压缩和解释科学文献。
30、能源效率—能耗低冷却度高
在过去的三十年中，ORNL率先开发出能耗低并对环境构成较小威胁的冷冻系统。之所以要这样做，原因是七十年代以来，因为进口用于燃料的石油供应不稳定造成能源价格的上涨；需要降低燃煤电厂的目标，因而削减使气候改变的二氧化碳的排放量，以及为保存保护我们的平流层臭氧层必须替换含有氟氯碳传统冷却剂。
31、能源效率—能耗低热效高
地球几乎储存从太阳接收能量的一半，起码高于人类每年需要能量的500倍。通过开发这个巨大的能源储存能力，地热加热泵为建筑物供热制冷，并提供热水。利用有不影响环境流体的地下管道，地热加热泵在冬天将来自较热地的热量传诵到建筑物，夏天将建筑物里的热量散发到较凉的地里。
32、能源效率—未来的建筑
1974年阿拉伯石油对美国禁运，美国加油站排起长队，能源价格节节盘升后，ORNL应邀作为联邦政府节能研究的计划管理者。由Roger Carlsmith领导的ORNL住户节能计划致力于减少家庭使用油、气和电（20%由燃油厂提供）的问题。因为取暖和制冷占美国平均家庭用的能量的50-70%，所以通过加绝缘切断经过墙壁不需要的热流，就可以大量降低能源消耗和支付的费用。ORNL的研究人员研究改进绝缘的方法，并计算家里和公司加了绝缘后所节省的能量。
33、化学和质谱测定法取得成功
ORNL的化学家们率先发明了在其石墨反应堆会上将钚从来自废铀燃料的其他裂变产物中分离出来，从而取得了该实验室为结束第二次世界大战而承担的任务。
34、核物理和天文物理—从原子到爆炸的星球
ORNL的核物理研究始于四十年代晚期，主要是因为核飞机工程需要有关反应堆产生的中子的行为和对屏蔽材料效应的信息。1948年，Arthur Snell利用一台改进的3MV的静电加速器开始了研究。这台3MV的静电加速器是一台高压直流加速器，通过用质子轰击锂产生中子束流。1951年，安装了世界上同类加速器中能量最高的一台5MV的静电加速器。
35、高性能计算—冲击极限
50年来，ORNL在推进计算方面一直是领先者。1954年，Alston Householder领导的一个ORNL小组与阿贡国家实验室合作建了一台计算机，与世界上其他计算机相比，其速度最快，数据存储能力最大。被称为橡树岭自动计算机和逻辑发动机的这台机器，帮助科学家们解决了核物理、辐射效应和研制厄运核飞机工程的屏蔽方面解决了许多问题。
36、软件模拟—科学发现的模型
ORNL在世界范围内对用于科学发现的软件和算法具有重大影响。八十年代晚期，ORNL开发出并行虚拟机（PVM）软件。该软件的用户在九十年代中期超过40万，在世界范围内事实上成为将计算机组合成虚拟超级计算机的标准。
37、地理信息系统—跟踪地球
1969年ORNL开创了地理信息科学，10多年以后商业地理信息系统（GIS）工业发展起来。GIS是一个计算机系统，它可以收集、存储、控制和显示地理信息，包括由卫星和飞机搜集的图像。ORNL曾利用GIS将涉及局部到全球范围问题的几个多学科研究计划结合在一起。
38、运输后勤—找到捷径
为可能采取的军事行动，将部队和所需要的装备从美国基地运到国外基地，最快的路途是什么？由于ORNL和田纳西大学研究人员为美国空军开发的特殊软件，美国部队和装备可比以前更快地被空运到潜在的战区。
39、生物量能量—一个木材的新世界
由于ORNL管理了20年的一项能源部计划，工业有了更有效的用于造纸、建材和家具的纸浆和木材来源。能源部生物能的供料开发计划的原来目的，是开发可转化为燃料在农场生长的可持续性的农作物。然而，由于ORNL与美国农业森林服务部门、农业研究站、多所大学和几家林木产品公司的合作，选择和开发了几种快速生长的树木和草，它们可用于木制产品和能源。白杨和柳枝稷作为典型的农作物出现。
40、聚变能源—寻找最后的能源来源
长期以来，从俄罗斯和日本到欧洲和美国的科学家们都在谋求开发聚变能作为丰富、安全和环境上友好的电力来源。为达到这一雄心勃勃的目标，他们必须克服科学和工程学科范围内的问题。ORNL在国际聚变界以实际上在聚变科学和工程的每个学科中做出强大贡献，并在开发聚变能方面具有保持中心作用技术的实验室和闻名。
41、技术转让—从工作台到市场
四十多年来，ORNL开发的许多技术被转化为构成作为创建新公司基础的实用产品和服务项目。作为实验室的一部分，ORNL的技术转让计划及其带来的经济增长是基础科学研究的“下游的”副产品。的确，自2000年4月30日以来，利用ORNL转让技术的30家新公司，包括橡树岭地区的许多公司成立。
42、科学教育—打下基础
自从成立以来，ORNL就为教育培训和研究机会提供了资源。1946年初Eugene Wigner成为ORNL负责研究的所长后，他建立了橡树岭反应堆技术学校。该校成为几所大学核工程课程的典范，是ORNL对核能的最大贡献。该校的毕业生中有的成为核工业的领导人，包括Hyman G. Rickover船长，他来到ORNL了解美国海军是否可利用核能。
43、废料管理—结束核周期
石墨反应堆变成临界六十年后，今天，ORNL通过发现隔离核废料的安全方法，正帮助结束核的周期。最重要的工作可能关系到地质上处理用过燃料和高放射性核废料储存地的选址，它是导致国会批准丝兰山（内华达州）作为可能处理场地努力的一部分。努力的过程开始于1955年美国国家科学院召开的专门制定美国永久处理反应堆废料计划的一次会议。与会的65名科学家中，有ORNL的科学家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。与会者推荐采用层状盐作为高放射性废料处理的最佳方法，尽管存在其他的选项。
44、政府政策—帮助美国的科学发展
ORNL的研究已经为联邦政府的科技政策决策者们提供了重要信息，造成争论，有时成为各种法律、条例和其他政策的措辞。例如，自六十年代以来，ORNL的研究导致制定了几个规章标准，这些标准改进了核电厂运行的安全。
45、ORNL的未来—下一代大科学园区
1943年，6000多名工人开始建造大约150栋建筑物，后来它们构成ORNL。该实验室的全体工作人员正在重建这一实验室。除14亿美元的散裂中子源SNS外，3亿美元的现代化计划将会使它能够吸引下一代世界水平的科学家到ORNL工作。私人资助的设施:建在能源部立契转让的土地上，30万平方英尺的设施里建有最先进的能源和计算科学实验。

‘贰’ 原子弹的原理是什么是怎么被制造出来的为什么很难制造

在74年前的1945年，美国分别于8月6日和8月9日向日本的广岛和长崎投下了刚研发成功的原子弹，日本天皇随即于8月15日宣布日本无条件投降，提前结束了第二次世界大战。

内爆式设计

祈望

原子弹、氢弹等核武器作为一种大规模杀伤性武器，具有极大的危险性，但同时由于其震慑力也使少数几个有核大国取得了军事平衡，谁也不敢动谁，很多人认为现在目前第三次世界大战还没有发生，核武器功不可没。但毕竟这是一种危险的武器，现在大国设立了核不扩散条约制约无核国家研究核武器，我们希望视界和平，希望人类再也用不着核武器！

‘叁’ 激光器的发展史

激光器
laser
能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。
除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，装置的必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔（ 见光学谐振腔）3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。
激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。
激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。
光学共振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为：①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。共振腔作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有不同的选择性损耗特性所决定的。
[编辑本段]分类
激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。
按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体（晶体和玻璃）激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl）则起基质的作用；④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。
按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器，包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器，以及少数气体激光器和半导体激光器。②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电（直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入）方式进行激励，而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励，某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器，反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器，如核泵浦氦氩激光器等。
按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器，其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应，因此多数需采取适当的冷却措施。②单次脉冲激光器，对这类激光器而言，工作物质的激励和相应的激光发射，从时间上来说均是一个单次脉冲过程，一般的固体激光器、液体激光器以及某些特殊的气体激光器，均采用此方式运转，此时器件的热效应可以忽略，故可以不采取特殊的冷却措施。③重复脉冲激光器，这类器件的特点是其输出为一系列的重复激光脉冲，为此，器件可相应以重复脉冲的方式激励，或以连续方式进行激励但以一定方式调制激光振荡过程,以获得重复脉冲激光输出,通常亦要求对器件采取有效的冷却措施。④调激光器,这是专门指采用一定的 开关技术以获得较高输出功率的脉冲激光器，其工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产生激光振荡 (开关处于关闭状态)，待粒子数积累到足够高的程度后，突然瞬时打开 开关，从而可在较短的时间内（例如10～10秒）形成十分强的激光振荡和高功率脉冲激光输出（见技术'" class=link>激光调 技术）。⑤锁模激光器，这是一类采用锁模技术的特殊类型激光器，其工作特点是由共振腔内不同纵向模式之间有确定的相位关系，因此可获得一系列在时间上来看是等间隔的激光超短脉冲（脉宽10～10秒）序列，若进一步采用特殊的快速光开关技术，还可以从上述脉冲序列中选择出单一的超短激光脉冲（见激光锁模技术）。⑥单模和稳频激光器，单模激光器是指在采用一定的限模技术后处于单横模或单纵模状态运转的激光器，稳频激光器是指采用一定的自动控制措施使激光器输出波长或频率稳定在一定精度范围内的特殊激光器件，在某些情况下，还可以制成既是单模运转又具有频率自动稳定控制能力的特种激光器件（见激光稳频技术）。⑦可调谐激光器，在一般情况下，激光器的输出波长是固定不变的，但采用特殊的调谐技术后，使得某些激光器的输出激光波长，可在一定的范围内连续可控地发生变化，这一类激光器称为可调谐激光器（见激光调谐技术）。
按输出波段范围分类 根据输出激光波长范围之不同，可将各类激光器区分为以下几种。①远红外激光器，输出波长范围处于25～1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。②中红外激光器，指输出激光波长处于中红外区(2.5～25微米)的激光器件,代表者为CO分子气体激光器(10.6微米)、 CO分子气体激光器（5～6微米）。③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区（0.75～2.5微米）的激光器件，代表者为掺钕固体激光器（1.06微米）、CaAs半导体二极管激光器(约 0.8微米)和某些气体激光器等。④可见激光器，指输出激光波长处于可见光谱区（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一类激光器件，代表者为红宝石激光器 （6943埃）、 氦氖激光器（6328埃）、氩离子激光器（4880埃、5145埃）、氪离子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可调谐染料激光器等。⑤近紫外激光器，其输出激光波长范围处于近紫外光谱区（2000～4000埃），代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50～2000埃）代表者为（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)准分子激光器（1730埃）等。⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区（0.01～50埃）的激光器系统，目前软X 射线已研制成功，但仍处于探索阶段
[编辑本段]激光器的发明
激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线（以至X射线和γ射线）的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。
激光器的诞生史大致可以分为几个阶段，其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。
此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。
如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发，就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子，这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大；如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951年，美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。
然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”，对于激光器到底能否研制成功，在当时还是很渺茫的。
但科学家的努力终究有了结果。1954年，前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器，成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。
汤斯等人研制的微波激射器只产生了1.25厘米波长的微波，功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理，以产生新的性能优异的光源。1958年，汤斯与姐夫阿瑟·肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键性建议，并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期，巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。
此后，世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛，看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。
1960年，美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。
“梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑，因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。
尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家，但在法庭上，关于到底是谁发明了这项技术的争论，曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发明者戈登·古尔德。他在1957年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时，微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决，汤斯因研究的书面工作早于古尔德9个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。
1960年12月，出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年，有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年，科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。
由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，人们利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个针头上钻200个孔；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果；在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量；激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。
今后，随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能将进一步提升，成本将进一步降低，但是它的应用范围却还将继续扩大，并将发挥出越来越巨大的作用。
[编辑本段]激光器的种类
1. 气体激光器
在气体激光器中，最常见的是氦氖激光器。世界上第一台氦氖激光器是继第一台红宝石激光器之后不久，于1960年在美国贝尔实验室里由伊朗物理学家贾万制成的。由于氦氖激光器发出的光束方向性和单色性好，可以连续工作，所以这种激光器是当今使用最多的激光器，主要用在全息照相的精密测量、准直定位上。
气体激光器中另一种典型代表是氩离子激光器。它可以发出鲜艳的蓝绿色光，可连续工作，输出功率达100多瓦。这种激光器是在可见光区域内输出功率最高的一种激光器。由于它发出的激光是蓝绿色的，所以在眼科上用得最多，因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏，眼底视网膜上的血红素、叶黄素能吸收绿光。因此，用氩离子激光器进行眼科手术时，能迅速形成局部加热，将视网膜上蛋白质变成凝胶状态，它是焊接视网膜的理想光源。氩离子激光器发出的蓝绿色激光还能深入海水层，而不被海水吸收，因而可广泛用于水下勘测作业。
2. 液体、化学和半导体激光器
液体激光器也称染料激光器，因为这类激光器的激活物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。为了激发它们发射出激光，一般采用高速闪光灯作激光源，或者由其他激光器发出很短的光脉冲。液体激光器发出的激光对于光谱分析、激光化学和其他科学研究，具有重要的意义。
化学激光器是用化学反应来产生激光的。如氟原子和氢原子发生化学反应时，能生成处于激发状态的氟化氢分子。这样，当两种气体迅速混合后，便能产生激光，因此不需要别的能量，就能直接从化学反应中获得很强大的光能。这类激光器比较适合于野外工作，或用于军事目的，令人畏惧的死光武器就是应用化学激光器的一项成果。
在当今的激光器中，还有一些是用半导体制成的。它们叫砷化镓半导体激光器，体积只有火柴盒大小，这是一种微型激光器，输出波长为人眼看不见的红外线，在0.8～0.9微米之间。由于这种激光器体积小，结构简单，只要通以适当强度的电流就有激光射出，再加上输出波长在红外线光范围内，所以保密性特别强，很适合用在飞机、军舰和坦克上。
3. 固体激光器
前面所提到的红宝石激光器就是固体激光器的一种。早期的红宝石激光器是采用普通光源作为激发源。现在生产的红宝石激光器已经开发出许多新产品，种类也增多。此外，激励的方式也分为好几种，除了光激励外，还有放电激励、热激励和化学激励等。
固体激光器中常用的还有钇铝石榴石激光器，它的工作物质是氧化铝和氧化钇合成的晶体，并掺有氧化钕。激光是由晶体中的钕离子放出，是人眼看不见的红外光，可以连续工作，也可以脉冲方式工作。由于这种激光器输出功率比较大，不仅在军事上有用，也可广泛用于工业上。此外，钇铝石榴石激光器或液体激光器中的染料激光器，对治疗白内障和青光眼十分有效。
4. “隐身”和“变色”激光器
另外还有两种较为特殊的激光器。一种是二氧化碳激光器，可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生的波长10.6微米激光也是最强大的一种激光。人们已用它来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展，也是光武器和核聚变研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支长1米左右的放电管。它的一端贴上镀金反射镜片，另一端贴一块能让10.6微米红外光通过的锗平面镜片作为红外激光输出镜。一般的玻璃镜片不让这种红外光通过，所以个能做输出镜。放电管放电时发出粉红色的自发辐射光，它产生的激光是看不见的，在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光。做实验时，一不小心就会把自己的衣服烧坏，裸露的皮肤碰到了也要烧伤，所以这种激光器上都贴着“危险”的标记，操作时要特别留神。
5.近红外光谱仪
近红外光谱仪专为满足实际应用的挑战而设计的，具有卓越的性能、长期稳定性、结构紧凑和超低功耗的优点。
二氧化碳激光器形式很多。放电管最长的达200多米，要占据很大的场地。科学家想出办法，将笔直的放电管弯成来回转折的形状，或是把放电管叠起来安装，将它们的实际长度压缩到20米左右；为了使激光器的光路不受振动的影响，整个器件安放在地下室粗大的管道内。后来发明的一种称为横向流动的二氧化碳激光器，长度缩到只有一张大办公桌那样长短，能射出几千瓦功率的激光。这样的激光器已被许多汽车拖拉机厂用来加工大型零件。输出功率更大的一种二氧化碳激光器结构像大型喷气发动机，开动起来声音响得吓人，它能产生上百万瓦的连续激光，是连续方式发射激光中的最强者。最初的激光打坦克靶实验，用的就是这种激光器。它是科学家把空气动力学和激光科学相结合而制造出来的。
以脉冲方式发射的二氧化碳激光器也有很多种，在科研和工业中用途极广。如果按每一脉冲发出的能量大小作比较，那么，脉冲二氧化碳激光器又是脉冲激光器中的最强者。
这里，我们要回到激光先驱者汤斯曾经研究过的问题上来，谈一谈毫米波的产生。随着激光技术的发展，许多科学家对这一难题又发起了进攻：采用放电或利用强大的二氧化碳激光作为激励源去激发氟甲烷、氨等气体分子，一步步地把发射出来的激光波长延长，扩展。开始达几十微米，后来达几百微米，也就是亚毫米波了。本世纪60年代中期到70年代中期，随着微波技术的发展，科学家根据激光的原理和方法产生了毫米波。这样，从光波到微波之间的空白地带便被不断发现的新红外激光填补了。
从研究中，科学家发现毫米波很有实用价值：大气对它的吸收率很小、阻碍它传播的影响也小，可以用它来作为新的大气通讯工具。
另一种比较特殊、新颖的激光器，可以形象地称它为“变色龙”。它不是龙，但确实能变色；只要转动一个激光器上的旋钮，就可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光。
难道染料跟激光器也有关系吗？一点也不错。这种激光器的工作物质确实就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。科学家至今还没有弄清楚这些染料的分子能级和原子结构，只知道它们与气体工作物质的气体原子、离子结构不一样；气体产生的激光有明确的波长，而染料产生的激光，波长范围较广，或者说有多种色彩。染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅的光学元件。通过它可以根据需要选择激光的色彩，就像从收音机里选听不同频率的无线电台广播一样。
染料激光器的激励源是光泵，可以用脉冲氙灯，也可以用氮分子激光器发出的激光。用一种颜色的激光作光泵，结果能产生其他颜色的激光可以说是染料激光器的特点之一。
这种根据需要可以随时改变产生激光的波长的激光器，主要用于光谱学研究；许多物质会有选择地吸收某些波长的光，产生共振现象。科学家用这些现象分析物质，了解材料结构；还用这些激光器来产生新的激光，研究一些奇异的光学和光谱学现象。

‘肆’ 劳伦斯伯克利国家实验室的成就

几十年的成就：
¨发明了回旋加速器 － 欧内斯特·劳伦斯（E.O. Lawrence）获得1939年诺贝尔物理奖的圆形加速器；
¨发现了锝 － 成为医学中最广泛应用锝放射性同位素的第一个人造元素；
¨建造了60英寸锝回旋加速器 － 诞生了克罗克辐射实验室和核医学；
¨发现了镎和钚 － 产生了第一个超铀元素，Edwin McMillan 和Glenn Seaborg获得1951年诺贝尔化学奖；
¨发现了碳14 － 称为测定人类史前古器物年代的原子钟；
¨建造了184英寸的同步回旋加速器 － 由加州大学伯克利分校校园移到伯克利山上的位置；
¨发明了第一台质子直线加速器 － 至今肿瘤门诊用于治疗癌症的一种类型的加速器；
¨发现了锫 － 一种放射性的稀土金属；
¨发明了Anger照相机 － Hal Anger研制出第一台组织中成像放射性同位素伽马射线照相机；
¨发明了液氢泡室 － 使Donald Glaser获得1960年诺贝尔物理奖；
¨建造了贝伐特朗质子加速器 － 加速器击碎10亿电子伏特质子（GeV）的障碍；
¨发现了反质子 － Emilio Segrè和Owen Chamberlain获得1959年诺贝尔物理奖；
¨发现了反中子 － 反物质或镜象物质扩大到包括电中性基本粒子；
¨确定了碳的光合作用路径 － Melvin Calvin获得1961年诺贝尔化学奖；
¨发现了铑 － 按LBNL创始人Ernest O. Lawrence 命名的放射性稀土金属；
¨88英寸回旋加速器开放 － 今天仍用于研究电离辐射对基于空间电子学的效应；
¨发明了化学激光器 － 成为最通用和广泛使用的科学工具之一；
¨发现了基本粒子中的“共振态”－ Luis Alvarez获得1968年诺贝尔物理奖；
¨正电子断层照相（PET）获得突破 － 开发出世界上用于诊断研究分辨率最高的PET扫描仪
¨发现了j/psi粒子 － 包括粲夸克第一个证据的介子；
¨发现了106号元素Sg － 以LBNL诺贝尔奖获得者Glenn Seaborg 命名的放射性合成元素；
¨建造了贝伐拉克 － 超级重离子直线加速器和贝伐特朗质子加速器组合在一起将重离子加速到相对论的能量；
¨发明了时间投影室 － 时间投影室仍然是高能物理粒子探测器的重负荷设备；
¨超导磁铁打破特斯拉记录 － LBNL成为世界上超导电磁技术的领导者；
¨在斯坦福建造了正负电子对撞机 － 与SLAC国家加速器实验室联合建造的项目诞生了第一台物质反物质对撞机；
¨在帕克菲尔德（Parkfield）开始进行地震研究 － LBNL成为地下成像技术的领导者；
¨构思出10米望远镜 － 提出世界上最大光学望远镜中现在使用的分节反射镜；
¨发明了SQUIDs － 测量超微型磁场用的超导量子干涉设备（SQUIDs）；
¨发明了智能窗 － 嵌入的电极能使窗户的玻璃对阳光的变化作出反应；
¨恐龙灭绝 － 铱在KT边界的异常使恐龙灭绝与小行星撞击地球联系在一起
¨国家电子显微术中心开放 － 世界上最强大的电子显微镜之家将产生第一批碳原子晶格图象；
¨创造了DOE-2程序 － 用于模拟加热、照明和空调费用的节能计算程序；
¨观测到了集体流 － 核物质可压缩到高温和密度的第一个直接证据推动寻找夸克胶子等离子体；
¨交叉分子束研究 － 李远哲赢得1988年诺贝尔化学奖；
¨发明了核磁共振魔角和双旋转 － 一系列新核技术中的第一种，使核磁共振技术从固体扩展到液体和气体；
¨确定了好的和坏的胆固醇 － 在胆固醇种发现了两种形式的脂蛋白，高密度和低密度，前者是好的，后者对心脏病是坏的；
¨固态荧光灯镇流器 － 高频电子镇流器导致商业开发出紧凑型荧光灯；
¨分子束外延（MBE）－4 惰性聚变能实验－ 直线加速器加速并将平行的重离子束聚焦到1 MeV，提供了磁聚变能的一种替代物；
¨北极发现煤烟 － LBNL的黑碳仪揭示在北极辐射吸收黑色颗粒浓度大，说明污染是全球性的问题；
¨发明了随机涡方法 － 数学模型描述湍流，在宇宙中最常见的运动形式；
¨创造了下一代气凝胶 － LBNL研制96%是空气的材料，导致建立美国第一个商业气凝胶公司；
¨建立了正常人上皮细胞株 － 形成在培育中无限生活的细胞为癌症研究打开新的大门；
¨揭开了氡的危险 －发现氡气通过地下室进入家庭在美国某些地区构成重大辐射危险；
¨提出细胞外基质理论 － 突破性的理论将乳腺癌的发展与围绕乳腺细胞的微环境崩溃联系在一起；
¨人类基因组工程开始 －被指定能源部两个中心之一的LBNL进行绘制和对人类基因组进行排序，该项目于2003年成功完成；
¨发明了固体聚合物电池 － 新种类的聚合物阴极使新家族的轻型充电电池成为可能；
¨COBE卫星记录早期宇宙的萌芽 － LBNL搭载美国宇航局卫星的探测器揭示导致产生今天星系的宇宙微波背景的波动；
¨先进光源ALS开放 － 产生世界上用于科学研究的最亮的软X射线和紫外光；
¨确定了心脏病的基因 － 新的证据将动脉硬化症与一个单个显性基因联系在一起；
¨超硬碳氮化合物 － 在理论模型基础上设计的新化合物比钻石更强硬；
¨第一次看到DNA双螺旋线 － 不变的DNA图像让科学家门首次看到双螺旋线；
¨凯斯特森（Kesterson）水库威胁揭密 － LBNL发现被农业径流硒污染野生动物庇护所暴露普遍的生态危害；
¨第一个飞秒X射线束流 － 先进光源ALS的束流脉冲长度被限定到仅一秒的十亿分之几秒；
¨发明了硫灯 － 实验室科学家们帮助分子发射器产生的能效比传统白炽灯泡高四倍和亮度高700倍；
¨国家能源研究科学计算中心移到LBNL － LBNL成为国家能源研究科学计算中心的东道主，该中心是美国能源部科学局的旗舰科学计算设施；
¨细胞衰老与癌症 － 生物测定帮助科学家们确定在活着的有机体中的生物衰老细胞，并发现与癌症的联系；
¨世界上最强大的伽马探测器（Gammasphere）亮相 － 世界上最敏感的伽马辐射探测器赋予好莱坞灵感，生产出好莱坞大片《绿巨人》；
¨构思出B工厂 － 与SLAC合作建造第一台不对称粒子对撞机，称为B工厂，它将继续显示CP破缺的第一个证据；
¨镰状细胞和转基因小鼠唐氏综合征 － 带有人类基因的小鼠模型模仿镰状细胞疾病和将DYRK（蛋白激酶）基因与智力低下症联系在一起；
¨传输控制协议/因特网互联协议（TCP / IP）的流量控制算法 － LBNL开发的算法大大减少网络的交通挤塞情况，并被广泛地与认为能够防止互联网发生不可避免的拥塞崩溃；
¨发现了顶夸克 － LBNL的科学家参加了在Tevatron上进行的两个历史性CDF和D0实验，找到预测的六个夸克中最后、也是最难以捉摸的顶夸克；
¨紫外线净水器防止霍乱暴发 － 紫外线光快速和廉价消毒偏远地区的水；
¨尤卡山的3维计算机模型－ 水文地质模型显示核废料储存库选在内华达山是合理的；
¨发现了暗能量 － 超新星宇宙学项目揭示被称为“暗能量”的反引力导致宇宙加速膨胀；
¨微管蛋白的第一个三维原子尺度模型 － 图像揭示灵活蛋白质的结构，它启动生物细胞的有丝分裂和其他关键功能；
¨完成散裂中子源的前端系统 － LBNL完成为散裂中子源产生负氢离子并将其发送到田纳西州橡树岭国家实验室的加速器的工作。
¨来自加拿大中微子观测站（SNO）的初步结果表明中微子质量 － 来自SNO第一年的数据揭示了诡异亚原子粒子的微小质量；
¨开发了混合型太阳能电池 － 纳米技术与塑料电子学相结合，产生可以大量生产多种不同形状的光电设备；
¨南大洋和弗里奥（Frio）试验 － 实验室开始在南极海岸和得克萨斯州休斯敦附近的深部咸水含水层进行碳固存研究；
¨发明了小人激光器 － 紫外发光纳米线激光器测量100纳米的直径，或千分之一的人的头发
¨发明了伯克利灯 － 荧光台灯比传统台灯减少50%的能源费用；
¨合成生物学的突破 － 在主要研究所的第一个合成生物学部创造了抗疟疾和抗艾滋病的超级药物合成基因；
¨创造了世界上最小的合成电动机 － 由碳纳米管和金子制作的旋转电动机长度低于300纳米；
¨分子铸造厂开放 － 能源部国家用户设施，专门用于涉及、合成和表征纳米尺度材料。
¨将窗变成了节能器 － LBNL开发出阻止热夏天进入冬天热逃脱的窗口镀膜；
¨斜屋顶防全球变暖 － LBNL在分析和实现反射阳光、降低表面温度和大幅度消减冷却费用的冷屋顶材料中处于领先地位；
¨保存了不久以前的声音 － 实验室的科学家们研制出一种进行数字化改造过于脆弱无法播放的老化录音，如从19世纪后期爱迪生蜡盘的高科技方式。
¨使器具物尽其职 － LBNL的科学家们帮助拟定了各种器具的联邦政府能效标准；
¨创造了超小型DNA取样器 － 确定空气、水和土壤样品中微生物的工具，广泛用于公共卫生、医学和环境清除项目；
¨开发超强气候模型 － 在LBNL国家能源研究科学计算中心进行的气候模拟帮助使全球变暖称为餐桌上的交谈话题；
¨促成了中国的能源效率－ 中国在制定能源标识和电器标准时，LBNL给予了相当大的支持，还帮助提高中国的住宅和商业楼宇以及工业部门如水泥制造业的能源效率；
¨使星星更近 － 二十世纪七十年代LBNL开发的革命性的望远镜技术能使科学家们一睹数十亿光年远的超新星。拼接镜面设计用于世界上的许多天文台。

‘伍’ 劳雷地球物理勘探系列设备

劳雷工业公司

地震勘探仪器设备

三维地震系统DZ系列地震仪

DZ是一个道数为4，6，8道采集站，24位A/D转换器，工业标准高速千兆以太网数据传输，0.02ms～16ms采样，任何PC座机可作主机控制器，可完成多线三维地震勘探，多达16线，每线480道。

地球物理仪器汇编及专论

StrataVisorNZXP型地震仪

NZXP系列地震仪用到了Crystalsigma-deltaA/D转换器和Geometrics专利的过采样技术，实现了24位A/D转换的精度。可广泛用于折射、反射、地震监测、炸药震源，PRS-1为随机夯击震源的勘探。NZXP系列可以作为一个遥测记录中心来控制Geode采集站，最多可以控制多达1000道以上，也可以作为一个独立的单元构成12～64道的单箱体地震仪。

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Geode轻便地震采集系统

Geode是一个道数为8、12、16或24道，实现24位A/D转换器的地震数据采集站，中央记录系统可以由一个便携式计算机或一个StrataVisorNZ型地震仪来完成。适合工程勘察等多领域的勘探工作。

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轻便可控源城市地震勘探系统

这是一套独特的轻便伪随机震源、可实现抗干扰浅层地震勘探系统（Minisosie）。系统包括轻便的建筑通用夯机震源、多道地震数据记录仪，内置实时相关信号处理软件。能快速完成相关处理，是目前开展城市地震的利器。

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全波多种类型的可控地震震源

大型可控震源：HEMI35（T）；HEMI44；HEMI50；HEMI160。P波峰力输出分别为35000磅，44000磅，48000磅，50000磅和60000磅，车载，主要用于油气勘探。

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地震观测仪器设备

Nanometrics Trillium 地震计

Nanometrics是世界顶级专门研制地震监测仪器和各类宽带地震摆（传感器）的精密仪器制造公司。他的地震监测系统特供全球动力地震研究网络中心IRIS，产品畅销全球 200 多个国家和地区。

Nanometrics Trillium宽带地震计采用均衡三轴设计，唯一移动无须锁摆的宽带地震计，无须重新对中。拥有稳定的低噪音和平直的频率响应等优异性能，超低的能耗和优秀的温度稳定性特点更是当前地震观测的理想选择

Nanometrics Trillium Compact地震计

微型地震计，超小体积和重量，更低能耗，同样低噪音、同样坚固稳定的优异性能。便于携带和安装，更加适应野外应用。

Taurus多道地震监测记录仪

Taurus是便携式地震记录仪，集各种功能于一体，轻便小巧，可直接跟各类地震传感器接口连接读数，连续记录超过 600 天，耗电量仅 680MW。这种新一代地震记录仪可联通Internet,无线和VSAT进行网络通讯。除此以外，在野外环境下，Taurus无须用到任何像笔记本电脑、计算机、PDA或外接中转等帮助来记录和读取各种记录数据。

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电法勘探仪器设备

EH-4 型连续电导率剖面仪

该系统由GEOMETRICS公司和EMI公司联合研制，为世界首创的变频率电磁测深系统。采用独特的正交磁偶极可控源，结合地震仪技术，系统可快速、自动、多频率采集数据。每个点采集时间为 5～20 分钟。勘探深度2～1500m，通常 1000m左右，可现场实时彩色成像，是目前煤田、矿产、地下水、冻土层、山区工程、矿井工程、浅层油气勘探及AMT静校的最佳电磁仪器。

全新数字化大功率TerraTEM瞬变电磁系统

TerraTEM是澳大利亚Monex GeoScope公司生产的收发一体化瞬变电磁系统。仪器采用最新电子技术开发的数字化采集系统，精度高，稳定，轻便化，接收和发射可使用相同的线圈，也可以使用分体线圈。外接大功率发射机系统，电流可达到 50A，可做更深的地质勘探。

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新型全功能多电极高密度地面、水上、井中直流电法（AGI）

轻便小巧的高密度直流电法仪，将多个（4～256 个）电极排列以自动控制，编程组合的方式，实现自动快速的高密度快速采集。新型SuperstingTM R8/IP程控开关可一次性测量 8 个通道，大大缩短了自动测量剖面的时间，并且可以实现（IP）激电测量，在获得电阻率剖面的同时，获得同一地点的极化率剖面。仪器有配套的 1D、2D、3D、4D软件。同时可做井中、水上、水下测量。

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高信噪比的IPR–12 时间域激发极化/电阻率接收机

IPR–12 时间域激发极化/电阻率接收机，主要用于金属矿藏的勘探，也用于地下水以及地热资源的地电测量，通常能达到较大深度。IPR–12 可同时进行 8 道偶极测量，其效率远远高于传统的单道偶极测量。这种优点对于孔中采集特别有价值，可减少电极移动。内置的永久存贮记录与测量数据相关的所有信息，免除了手工备注之不便。IPR–12 接收机与PC机兼容，可以将电子数据传输到PC机进行快速处理。IPR–12 读数简单快捷，只需敲击几个功能键，因为IPR–12 拥有电阻自动检测功能、自电位SP反向补偿及增益设置。该仪器以高分辨率和高信噪比受业内人士认可，同时可兼容任何IP发射机。

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航空电磁勘探系统AeroTEM

AeroTEM系统是一个数字直升机载时域电磁系统，利用高功率发射机驱动一个多匝发射线圈和两个接收线圈，接收线圈处于发射线圈内。这种配置最大程度地增大了分辨率和辨识力，最小限度减小岩石导电性的影响，并最大限度提高在崎岖的地形和强风环境下的性能。

高空间分辨率的AeroTEM系统与其他直升机载电磁系统相比，产生更多的响应窗口，能更好地分离单个目标的导电性，可以区分极度倾斜地宝层以及水平的厚岩体。AeroTEM发射机接收平台非常坚固，由于它的刚性结构，可以在强风等恶劣天气以及富有挑战性的地形下操作。

在大多数情况下，AeroTEM探测到的目标可直接钻探，而无需后续的地面调查。

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GEM系列宽频带多频电磁勘探仪

GEM–2 宽频带多频电磁勘探仪（EM系统）：一种便携式、数字化、可编程的宽频带电磁勘探仪器。其特点是技术新，使用简便，适合浅层地质勘探、环境调查和工程地质勘测。GEM–2 的发射和接收线圈固定在一个配有背带的、貌似滑雪板的装置中，包含所有电子元件的机匣可以嵌入在板上，掌中电脑（PDA）粘贴在机匣上作为用户界面和显示。

GEM–3宽带多频数字电磁探测器：适用于金属物的探测，例如地下埋藏的金属物、未爆物品和军火等。它重量轻、便携、用途广泛，基本配置的重量为 10 磅（5kg）。因为它是完全数字化的，故可以在许多其他的操作模式中对它进行编程。

GEM–5 电磁感应梯度测量仪：一种由车辆牵引或者安装在车辆上的电磁感应梯度测量仪，具有高密度的三维空间采集数据功能；该系统主要应用于环境领域，寻找未爆炸武器；也可应用于探测埋藏物等民用领域。按照一般的应用情况来看，在恶劣的环境中，它可用于探测和寻找地雷和简易爆炸装置。

GEM–5B电磁感应梯度测量仪：是GEM-5 的加强版，为探测深部的埋藏物提供了更大的发射磁矩。采用车拖式的工作方法。该系统可用于地质测绘、大坝和提防检查，也可以用于探测/描绘人工制造地下建筑物，诸如秘密的地下隧道等。该系统还可以通过测量来自建筑物中的本底电磁噪声数值来探测带有负载的供电线路。

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Ohm Mapper电阻率成像仪

Ohm Mapper是基于双偶极方式电阻率测量方法的一种电容耦合式电阻率测量仪器，专门用来测量岩土电性而无需打金属电极。一根同轴电缆上配置有发射器和多级接收器，沿地表单人拖拉快速采集，实时成像，比传统的直流电法快出多倍。可广泛用于探测地下水、工程检查、矿产调查、建筑质检、研究等领域，是地表高阻地区的最佳测量仪器。

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重力测量仪器设备

CG-5 微伽级流动型电子测量重力仪

SCINTREX公司推出的整体熔凝石英弹簧自动电子读数重力仪，1 微伽分辨率，5 微伽精度，适合野外流动重力测量，与零长弹簧相比搬运时不用锁摆，重复性好，基本无掉格、线性温漂可自动校正、仅需 1～2 分钟即可完成单点测量，是当前基于熔凝石英弹性系统的最好重力仪。

拉科斯特高精度g-phone潮汐重力仪

一种便携式固体潮汐重力仪。原型号为PET，1996 年问世，量程为 7000 毫伽，数据的长期观测记录既可用台式PC机，也可用笔记本PC机。记录软件以Windows为平台。经我公司升级，目前为g-phone型，可以实现网络控制和远程数据下载，也可直接作为加速度计，记录地震事件。

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高精度便携式绝对重力仪

高精度绝对重力仪FG-5，FG5-L:适用于高精度观测地震、地壳垂直运动、火山监测、长周期固体潮运动周期观察、原子能废料清理、油气勘探、力传感器的校准、单位千克的重新定义、重力标准站、相对网络控制点及大G的测定等领域，精度可达1×10^–8m/s²(MGal),观测时间<2小时。

A10便携式绝对重力仪：这是一种可车载移动小型绝对重力仪，自动读数，使用方便。双探头系统，10μG精度，观察时间仅需10分钟。用12V电池。采用稳定激光以及标准时钟保持其绝对标定。不用网络回路闭合校正，不用进行漂移修正，毋需使用已知参考基站。

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GWR台站式超导重力仪

GWR超导重力仪是目前世界上最灵敏的重力仪，其测量精度可达0.01微伽。仪器采用液氦冷却，有不同尺寸的杜瓦瓶可供选择。长期观测的台站式安装可加装外部电制冷装置以减少氦消耗。轻便的小型杜瓦瓶可构成便携式台站观测系统。新一代的iGrve体积更小，精度可达0.001微伽，可用于各种目的的4D测量。

Scintrex公司高精度航空及海洋重力仪

这是Scintrex的另一王牌产品。带有陀螺稳定平台的航空/海洋型重力仪，以每秒200次的速度自动对飞机或船只的各种姿态变动进行实时调整补偿，从而使重力传感器始终处于水平测量状态。航空及海洋型重力仪的动态实测精度均为0.2～1毫伽。

磁力测量仪器设备

ENVI-PRO质子磁力仪

SCINTREX公司最新生产的带GPS定位功能的ENVI-PRO质子磁力仪，轻便且节省费用，多年来一直成功地应用于矿产和油气勘探。该磁力仪普遍用在铁矿石勘探、地质测绘、考古及岩土工程等领域。ENVI-PRO系统的核心控制单元轻便，拥有大窗口字符显示屏和大容量内存，与其多功能配置相适应。该系统包括各种相应功能的传感器及其附件、背包、可充电电池、充电器、RS-232串行电缆和运输箱。系统具有生产效率高、数据回放快、测量作业简便、时间节省、可随时升级等优点。

G-858铯光泵高精度磁力仪

Geometrics最新一代磁力仪，以其高灵敏度（0.02伽马）及高采样率（每秒10次采样）而深获各界的厚爱。目前的型号有：G-858SX和G-858G型便携式磁力仪/梯度仪，主机智能化程度极高，完全菜单式操作，本机LCD屏幕可同时显示多条侧线剖面结果以便实时分析异常。极高的采样率可以快速行进测量而不停下来，直接外加GPS则可实现无规则侧线扫描成图。适用于快速地质填图、扫雷、管线及场地清理调查。

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CS-3航空磁力仪

SCINTREX公司继CS-2之后推出改进后的CS-3高精度铯光泵航空磁力仪，它具有全自动南、北半球调整开关，灵敏度可达0.0006nt/Hz，测量盲区小等特点。

航空动态实时磁补偿/数据记录系统

RMS的（D）AARC500基于原有的AADCII系统，多年以来，一直是世界各地地球物理勘探行业航磁补偿的现实标准。（D）AARC500是RMS公司经过多年的研发，以及与加拿大国家研究委员会的飞行研究实验室的共同协作结果。它继承了AADCII的低成本高效率、产出优良、具有一致性数据的传统特性。

该系统是建立于优良的、非常可靠的硬件，证明在多种装置中使用具有成熟的、强大的补偿算法。与补偿一致的是：数据采集同样具有无与伦比的性能、精确度以及可靠性。

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RMS的(D)AARC500可用于直升机以及固定翼飞机的航磁（收录）补偿。

最新推出的AARC510用于无人机测量。

透地雷达仪器设备

多种透地雷达

SIR-20多通道高速透地雷达：世界着名的GSSISIR系列透地雷达已有40多年的历史，有超过2000多套的SIR系列透地雷达在世界各地使用，是国际物探和工程届公认的最优秀产品。GSSI参与了美国交通部组织的战略高速公路研究计划，SIR系统成为美国联邦交通部所推荐的唯一可达到速度和精度要求的公路路面厚度、沥青含水量及路基病害检测的雷达系统。

SIR-20是在SIR-10B/10H的基础上推出的新产品，它继承了SIR-10B/10H的优点，使用了加固型全金属外壳笔记本计算机和Windows-XP操作系统，可以同时输入2个天线的数据，采样率达到5picoseconds，扫描速率为2到800线/秒。

SIR-3000便携式透地雷达：一种轻便小巧，功能极强的单道透地雷达，带内置电池总重量4.1kg，和其他SIR系列雷达一样，SIR-3000型可连续快速实时彩色成像，它具有220线/秒的最高扫描速率。适用于雷达天线范围为16MHz～2200MHz。此型仪器的适用范围极其广泛，是一种经济型便携式雷达。

StructureScanMini手持式钢筋扫描仪：GSSI厂家继上一代产品HandySan之后，2009新推出的一款专门用于钢筋定位、混凝土缺陷以及桥梁、路面检测的一款迷你手持型雷达。该系统内置1600MHz天线，集采集和处理于一体，小巧轻便；三侧激光定位，便于标定；功能键设计简单，易于左、右手操作，全彩色的数据显示更加直观，设计更加人性化。

Terravision：14通道天线阵列雷达，专门用作道路管线立体扫描。扫描覆盖宽度1.8m，能快速获得地下三维透视图。探测深度3～4m，相当于14根400MHz天线，以不同视角窥视地下目标，并数字成像。

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透地雷达配套正演软件

该软件可帮助用户更好了解雷达波在不同地质条件下的传播特征和成像原理。您可在PC机上自定义各种地质模型，模型设置简单；设计天线首波脉冲；显示电磁波衰减，几何传播特性收发天线方向响应；电磁波垂直、水平极化；电磁波反射、投射特征；电磁波射线路径显示；偏移处理。特别适用于科研及对地质雷达数据分析不成熟的用户。

地球物理仪器汇编及专论

综合测井仪器设备

MOUNT OPRIS系列小口径多参数轻便数字测井仪

着名的MOUNT测井仪系列、全数字化井下综合参数探头，包括：电阻率、自然伽马、伽马能谱、伽马密度、中子孔隙度、自然电位、声波全波列、磁化率、激发极化、声学二维/三维成像、井径、井斜、水质、流量等各种探头。有适用于煤田和金属矿测井的1000m、1500m、1850m绞车，也有适用于工程物探、水文地质、环境测井的100m、200m、305m、500m轻型绞车。

各种探头

放射性勘探仪器设备

RS-230手持便携式能谱仪

RS-230是采用BGO（锗酸铋）为闪烁晶体的能谱仪，灵敏度高出同体积碘化钠晶体的50%。如下文的RS-125具有直接的可读测量、化验扫描功能、数据存储、全天候气象保护。音频提示，无需时刻监视。应用蓝牙连接技术（BT），使它跟GPS、耳机或计算机实现了无线连接，噪音大的区域测量可使用USB耳机。重量轻便，仅2.04kg，野外性能稳定。

地球物理仪器汇编及专论

RS-125手持便携式能谱仪

RS-125采用高灵敏度、2.0×2.0型碘化钠103cm³（6.3in³）晶体。具有直接的可读测量、化验扫描功能、数据存储、全天候气象保护。应用蓝牙连接技术（BT），使它跟GPS、耳机或计算机实现了无线连接，在噪音大的区域测量可使用USB耳机。重量轻便，仅2kg，野外性能稳定。

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航空伽马能谱仪RS-500

RS-500采用了先进的DSP/FPGA*技术，远远领先于现有的其他系统，创立了一个独一无二的RS-500等级。DSP/FPGA*技术及软件技术提供了之前在航空平台上无法获得实验室水平的光谱数据，漂移较少，产生能谱纯净。自然同位数完整多峰自动增益稳谱世界范围通用。RS-500测试箱内每一个晶体设计了独立先进的数字式分光计（ADS），使天然及人工放射性元素的探测操作尽可能自动清晰，将人为干涉最小化。采用了精准的“第一时间”技术，使您在第一时间获得精准的数据。无死时间，更有效率。1024道高分辨率，任何数量组合的晶体组记录速度达到10X/秒。独立的晶体ADS和处理，吞吐量高（>20X）。无失真，数据更真实。迭加无限数量的晶体时无信号质量的损坏，更有效率。系统设置及性能确认无需测试源。每个晶体计数率为250,000cps。自我诊断水平高。

地球物理仪器汇编及专论

地面及车载伽马能谱仪RS-700

RS-700是一个功能齐全的γ射线和中子（可选）辐射探测和监测系统。可用于陆地车辆、直升机、无人机（UAV）或一个固定的位置。采用了与RS-500航空能谱仪相同的、先进的技术，获得与RS-500相同的、无可比拟的特性。

地球物理仪器汇编及专论

‘陆’ 大亚湾核电站的详细资料

浅谈核电站常规岛技术方案
[日期：2004-10-23] 来源： 作者：广东省电力设计研究院 王小宁 [字体：大 中 小]

摘 要 根据国内外有关核电设备制造厂所提供的资料，形成四类可供我国将来核电站选择的常规岛技术方案，并对四类技术方案进行了分析。

核电站的设备选型和供货商的选择，应采用国际竞争性招标方式，在技术、经济、自主化、国产化等方面进行深入分析比较，来选定供货商和机型。国外制造商必须选择国内设备制造厂作为合作伙伴，转让技术、合作生产，逐步全面实现自主化和设备国产化。

经初步研究，常规岛部分可供选择的国外主要设备潜在供货商有：英法GEC-ALSTHOM公司、美国西屋公司、日本三菱公司、美国GE公司等。到目前为止，ALSTHOM公司已同中国东方集团公司进行合作，形成一个联合体；美国西屋公司已同上海核电设备成套集团公司合资，组成西屋-上海联队。其它公司到目前尚未进行合作。

根据ALSTHOM公司、西屋公司、三菱公司和GE公司等核电设备制造商所提供的资料，按照堆型的不同和一回路的不同，可以形成四类技术方案：
方案一——三环路改进型压水堆核电机组；

方案二——ABB-CE的系统80(System 80)型压水堆核电机组；

方案三——日本三菱公司的四环路压水堆核电机组；

方案四——先进型沸水堆(ABWR)核电机组。

下面就各类技术方案分别进行分析。

1 三环路改进型压水堆核电机组

此方案的一回路为标准的300 MW一个环路的三环路压水堆。此类方案包括中广核集团公司提出的CGP1000、欧洲公司(包括EDF、FRAMATOME、GEC-ALSTHOM)推出的CNP 1000和西屋-上海联队推出的CPWR1000三种压水堆核电机组。

1.1 CGP1000与 CNP1000核电机组

CGP 1000由中广核集团提出，以大亚湾核电站为参考站，并借鉴美国西屋公司和ABB-CE公司的部分先进的设计，有选择地吸收了用户要求文件(URD)的要求，形成以300 MW一条环路的CGP1000技术方案。常规岛部分，汽轮发电机组选用ALSTHOM的Arabelle1000型汽轮发电机组。

CNP1000由欧洲制造商(EDF、FRAMA-TOME、ALSTHOM)根据法国核电计划及大亚湾核电站、岭澳核电站等工程的设计、制造、安装、运行及维修中积累起来的经验推荐给中国的核电机组。常规岛部分的汽轮发电机组也以Arabelle1000型汽轮发电机组作为推荐机组。

由于CGP1000和CNP1000的常规岛部分的汽轮发电机组均为Arabelle1000型，所以实际上为同一类核电机组。

ALSTHOM在总结54台第1代汽轮发电机组的运行经验基础上，组合出了Arabelle1000型汽轮发电机组，参考电站为Chooz B(2台1 450 MW机组已分别于1996年7月11月投入运行)。

1.1.1 Arabelle1000型汽轮发电机组的主要技术数据

a)最大连续电功率：1 051 MW；

b)转速：1 500 r/min；

c)机组效率：36.3%；

d)末级叶片长度：1 450 mm；

e)排汽面积：76.8 m2；

f)背压：5.5 kPa；

g)凝汽器冷却面积：68 633 m2；

h)发电机额定输出功率：1 050 MW；

i)发电机视在输出功率：1 235 MVA；

j)发电机额定功率因数：0.85；

k)发电机额定端电压：26 kV。

1.1.2 Arabelle1000型汽轮发电机组的主要特点

a)缸体结构：三缸四排汽(HP/IP+2×LP94)，汽轮机采用高中压组合汽缸并直接和2个双流低压缸相连接，含有流向相反的高压和中压蒸汽流道。低压缸为双流式，低压外缸体支承在冷凝器上面，不是直接装在汽机基础上，轴承座和内缸体直接座于汽机基础上；

b)由于末级叶片比较长，具有较大的排汽面积，可使蒸汽膨胀过程加长，减少余速损失，提高机组效率；

c)由于蒸汽在高／中压缸中膨胀过程是以干蒸汽单流方向进行，另外，在高、中压排汽口加装抽汽扩散器以增加效率，所以，Arabelle1000型汽轮机的高中压膨胀效率相对比较高；

d)发电机采用水氢氢冷却方式，励磁系统采用无刷励磁方式。

1.2 CPWR1000核电机组

CPWR1000由西屋-上海联队推出，由上海市核电办公室牵头，组织上海核工程研究设计院、华东电力设计院、西屋公司等单位联合展开CPWR1000概念设计工作，并于1997年6月份完成。

CPWR1000是建立在西屋公司成熟的、经过设计、工程实践验证的技术上，以西班牙的Vandellos Ⅱ为参考电站(该电站已有50 000 h以上的高利用率的运行业绩)，结合西屋先进型压水堆机组(APWR1000)技术，并进行适当改进而来。

1.2.1 CPWR1000汽轮发电机组主要技术数据

a)汽轮机型式：单轴、四缸、六排汽、凝汽式、二级再热装置；

b)转速：1 500 r/min；

c)主蒸汽门前蒸汽压力：6.764 MPa；

d)主蒸汽门前蒸汽温度：283.5 ℃；

e)主蒸汽门前蒸汽流量：5 493.5 t/h；

f)主蒸汽门前蒸汽湿度：0.25%；

g)回热抽汽级数：6级(1级高压加热器+1级除氧器+4级低压加热器)；

h)给水温度：223.9 ℃；

i)平均冷却水温度：23.0 ℃；

j)末级叶片长度：1 250 mm；

k)排汽压力：5 kPa；

l)净热耗率：9.788 kJ/(Wh)；

m)机组最大保证功率：1 071.09 MW；

n)发电机功率因数：0.9；

o)短路比：0.5；

p)冷却方式：水氢氢；

q)励磁系统：静态励磁系统。

1.2.2 APWR1000汽轮发电机组结构特点

汽轮发电机组采用1个双流式高压汽缸及3个双流式低压汽缸串联组合，汽轮机末级叶片长度为1 250 mm，六排汽口，配置2台一级汽水分离以及两级蒸汽再热的汽水分离再热器。

1.2.3 CPWR1000相对于Vandellos Ⅱ的主要改进

a)核电机组最大保证出力由982 MW改为1 071 MW；

b)主汽门前蒸汽参数由6.44 MPa、280.2 ℃改为6.76 MPa、283.5 ℃；

c)平均冷却水温度由17.8 ℃改为23 ℃；

d)末级叶片长度由1 117.6 mm改为1 250 mm；

e)汽轮机旁路容量由40%额定汽量改为85%；

f)汽轮机回热系统由不设除氧器改为带除氧器；

g)发电机电压拟由21 kV改为24 kV；

h)凝汽器压力由7 kPa改为5 kPa；

i)汽轮机净热耗率由10.209 kJ/(Wh)降到9.788 kJ/(Wh)以下；

j)加大凝结水精处理装置容量；

k)常规岛仪表控制采用微机分散控制系统。

2 ABB-CE的系统80(System80)型压水堆核电机组

此方案也是压水堆机组，较三环路方案不同之处是核岛部分为双蒸发器，由美国燃烧工程公司(ABB-CE)开发而成。此方案也为韩国核电国产化方案，核岛部分为ABB-CE的系统80反应堆，相匹配的常规岛部分为美国GE公司的汽轮发电机组。参考电站为韩国灵光3、4机组。

灵光3、4机组经过2～3 a的运行，设备运行状况良好。

目前由于还没有收集到GE公司关于灵光3、4机组常规岛部分的详细资料，汽轮发电机组的技术参数、型式、内部结构及热力系统等还暂时不能描述。

3 日本三菱公司的四环路压水堆核电机组

此方案亦属成熟技术的压水堆机组，其技术的先进性与安全水平与三环路和双蒸发器方案相当。日本三菱公司推荐的四环路压水堆核电机组方案，是以日本大饭3、4机组作为参考电站。

大饭3、4机组采用了美国西屋公司的Model 412的标准设计，与大饭1、2号机组完全一致(大饭1、2号机组均为西屋公司设备)，是一个技术成熟的、有丰富运行经验的机组。大饭3、4号机组已分别于1991年和1992年投入商业运行。

3.1 三菱公司提供的汽轮发电机组的主要技术数据

a)发电机端额定出力：1 036 MW；

b)汽轮机型式：TC6F-44；

c)转速：1 500 r/min；

d)主汽门前蒸汽参数：压力6.30 MPa(绝对压力)，温度279.6 ℃，湿度0.43%，额定出力时蒸汽流量5 844.129 t/h；

e)给水温度：226.7 ℃；

f)凝汽器压力：5.07 kPa(绝对压力)；

g)低压缸总的排汽面积：71 m2；

h)发电机冷却方式：水氢氢；

i)励磁方式：无刷励磁。

3.2 机组的主要特点

3.2.1 热力系统

热力系统为压水堆机组典型的热力系统，MSR再热为两级。汽轮机为1个高压缸和3个低压缸。回热系统为1级高压加热器+1级除氧器+4级低压回热器。

3.2.2 厂房布置

机组布置为平行式，即反应堆的轴线与汽轮发电机组的轴线平行，这样的布置比较紧凑，汽机房体积小，行车可以共用，电缆长度短，机组之间的交通方便，只需要在汽机房墙的设计上考虑叶片飞射物的保护厚度即可。

4 先进型沸水堆(ABWR)核电机组

此方案为美国通用电气公司(GE)推出的先进型沸水堆(ABWR)核电机组，能满足用户要求文件(URD)。以日本东京电力公司的柏崎6、7号机组作为参考电站。

柏崎6、7号机组是目前世界上唯一获得美、日两国设计批准的、已建成并投入商业运行的改进型沸水堆核电机组。反应堆和汽轮发电机组均由美国通用电气公司生产，柏崎6号机是世界上第1个ABWR机组，于1991年9月开始建设，1996年11月竣工投入商业运行。

沸水堆核电机组是以美国通用电气公司(GE)为主进行开发的。1957年首台沸水堆核电机组投入运行，其后，经过多年的改进，从BWR-1到BWR-6，最后到ABWR。

4.1 ABWR汽轮发电机组主要技术数据

a)额定功率：1 350 MW；

b)汽轮机型式：TC6F-52；

c)汽缸结构：四缸六排汽(1HP+3LP)；

d)主汽门前主蒸汽压力：6.79 MPa；

e)主汽门前主蒸汽流量：7 640 t/h；

f)主汽门前主蒸汽湿度：0.4%；

g)低压缸末级叶片长度：1 320.88 mm；

h)回热系统：4级低压加热器+2级高压加热器(无除氧器)。

4.2 ABWR核电机组的主要特点

4.2.1 热力系统

热力系统为直接循环系统，冷却剂直接作为汽轮机的工质，将PWR核电机组中的一回路和二回路并为1个回路。

ABWR和PWR的汽轮机回热抽汽系统没有什么两样，其参数相似，ABWR主蒸汽压力略高于PWR，MSR的再热采用两级，以提高热效率，4级低加、2级高加，不设除氧器。加热器的疏水泵将疏水打入前级凝结水管。

4.2.2 厂房布置

由于ABWR是反应堆核蒸汽直接通到汽轮机，因此汽机厂房需要考虑防放射性的措施，汽机高压缸、MSR、高压加热器均用屏蔽墙隔离，运行期间人员不能进入。汽轮机的抽汽机排汽需经过过滤排入排汽筒，整个汽机车间是闭式通风系统。主蒸汽通过的安全壳两侧都有开关隔离阀。ABWR在正常运转时，如核燃料包壳不破损，主蒸汽携带放射性核元素主要是N16，N16的半衰期仅7 s。新蒸汽部分，即高压缸部分、MSR、高压加热器部分是带放射性的，需要屏蔽，而低压缸、凝结水部分是不带放射性的，不做特殊屏蔽。

5 结束语

以上四类技术方案的核电机组均是目前世界上技术比较先进和成熟的机组，其参考电站均有良好的运行业绩，四类方案都是可以供我国将来核电站选择的常规岛技术方案

http://www.lwlm.com/show.aspx?id=1128&cid=60
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对于核能发电是当今世界各国都在大力发展的一种利用能源的途径，到现在我国已经建成投产的有浙江秦山和广东大亚湾两座核电站。在此我们选编了几篇介绍这方面内容的科普文章，希望同学们能对其有所了解，并从现在就努力，争取以后能为我国的核电发展事业做出大的贡献。

（一）核能及其机理

1. 原子的组成
原子是由质子、中子和电子组成的。世界上一切物质都是由原子构成的，任何原子都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。一个铀-235原子有92个电子，其原子核由92个质子和143个中子组成。50万个原子排列起来相当一根头发的直径。如果把原子比作一个巨大的宫殿，其原子核的大小只是一颗黄豆,而电子相当于一根大头针的针尖。一座100万千瓦的火电厂，每年要烧掉约330万吨煤，要用许多列火车来运输。而同样容量的核电站一年只用30吨燃料。

2. 原子核的结构
原子核一般是由质子和中子构成的，最简单的氢原子核只有一个质子，原子核中的质子数（即原子序数）决定了这个原子属于何种元素，质子数和中子数之和称该原子的质量数。

3. 同位素
质子数P相同而中子数N不同的一些原子，或者说原子序数Z相同而原子质量数不同的一些原子，它们在化学元素周期表上占据同一个位置，称为同位素。所以，“同位素”一词用来确指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性质。 同位素按其质量不同通常分为重同位素(如铀-238、铀-235、铀-234和铀-233）和轻同位素（如氢的同位素有氘、氚）。

4. 核能
在50多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分裂，同时放出2—3个中子和大量的能量，放出的能量比化学反应中释放出的能量大得多，这就是核裂变能，也就是我们所说的核能。
原子弹就是利用原子核裂变放出的能量起杀伤破坏作用，而核电反应堆也是利用这一原理获取能量，所不同的是，它是可以控制的。

5. 轻核聚变
两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，同时放出巨大的能量，这种反应叫轻核聚变反应。它是取得核能的重要途径之一。在太阳等恒星内部，因压力、温度极高，轻核才有足够的动能去克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，故称为“热核聚变反应”。
氢弹是利用氘氚原子核的聚变反应瞬间释放巨大能量起杀伤破坏作用，正在研究受控热核聚变反应装置也是应用这一基本原理，它与氢弹的最大不同是，其释放能量是可以被控制的。

6．铀的特性及其能量的释放
铀是自然界中原子序数最大的元素，天然铀由几种同位素构成:除了0.71％的铀-235（235是质量数）、微量铀-234外，其余是铀-238，铀-235原子核完全裂变放出的能量是同量煤完全燃烧放出能量的2700000倍。也就是说1克U-235完全裂变释放的能量相当于2吨半优质煤完全燃烧时所释放的能量。

7. 核能如何释放
核能的获得主要有两种途径，即重核裂变与轻核聚变。U-235，有一个特性，即当一个中子轰击它的原子核时，它能分裂成两个质量较小的原子核，同时产生2—3个中子和β、γ等射线，并释放出约200兆电子伏特的能量。
如果有一个新产生的中子，再去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变，以此类推，这样就使裂变反应不断地持续下去，这就是裂变链式反应，在链式反应中，核能就连续不断地释放出来。

8. 核聚变能量的释放
与铀相同数量的轻核聚变时放出的能量要比铀大几倍。例如1克氘化锂（Li-6）完全反应所产生的能量约为1克铀-235裂变能量的三倍多。实现核聚变的条件十分苛刻，即需要使氢核处于几千万度以上高温才能使相当的核具有动能实现聚合反应。

（二）核反应堆

1. 核反应堆及其组成
核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能—热能转换的装置。核反应堆是核电厂的 心脏，核裂变链式反应在其中进行。
1942年美国芝加哥大学建成了世界上第一座自持的链式反应装置，从此开辟了核能利用的新纪元。
反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。
堆芯中的燃料：反应堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂变材料。自然界天然存在的易于裂变的材料只有U-235，它在天然铀中的含量仅有0.711％，另外两种同位素U-238和U-234各占99.238％和0.0058％，后两种均不易裂变。
另外，还有两种利用反应堆或加速器生产出来的裂变材料U-233和Pu-239。
用这些裂变材料制成金属、金属合金、氧化物、碳化物等形式作为反应堆的燃料。
燃料包壳：为了防止裂变产物逸出，一般燃料都需用包壳包起来，包壳材料有铝、锆合金和不锈钢等。
控制与保护系统中的控制棒和安全棒：为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，称之为控制棒和安全棒。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率；安全棒用来快速停止链式反应。吸收体材料一般是硼、碳化硼、镉、银铟镉等。
冷却系统中的冷却剂：为了将裂变的热导出来，反应堆必须有冷却剂，常用的冷却剂有轻水、重水、氦和液态金属钠等。
慢化系统中的慢化剂：由于慢速中子更易引起铀-235裂变，而中子裂变出来则是快速中子，所以有些反应堆中要放入能使中子速度减慢的材料，就叫慢化剂，一般慢化剂有水、重水、石墨等。
反射层：反射层设在活性区四周，它可以是重水、轻水、铍、石墨或其它材料。它能把活性区内逃出的中子反射回去，减少中子的泄漏量。
屏蔽系统：反应堆周围设屏蔽层，减弱中子及γ剂量。
辐射监测系统：该系统能监测并及早发现放射性泄漏情况。

2. 反应堆的结构形式和分类
反应堆的结构形式是千姿百态的，它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型结构形式的反应堆。 目前世界上有大小反应堆上千座，其分类也是多种多样。按能普分有由热能中子和快速中子引起裂变的热堆和快堆；按冷却剂分有轻水堆，即普通水堆（又分为压水堆和沸水堆）、重水堆、气冷堆和钠冷堆。按用途分有：（1）研究试验堆：是用来研究中子特性，利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究；（2）生产堆，主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239；（3）动力堆，利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。反应堆分类情况见后。

3. 研究实验反应堆
是指用作实验研究工具的反应堆，它不包括为研究发展特定堆型而建造的、本身就是研究对象的反应堆，如原型堆，零功率堆，各种模式堆等。研究实验堆的实验研究领域很广泛，包括堆物理，堆工程、生物、化学、物理、医学等，同时，还可生产各种放射性同位 素和培训反应堆科学技术人员。研究实验堆种类很多，例如：游泳池式研究实验堆：在这种堆中水既作为慢化剂、反射层和冷却剂，又起主要屏蔽作用。因水池常做成游泳池状的长圆形而得其名。
罐式研究实验堆：由于较高的工作温度和较大的冷却剂流量只有在加压系统中才能实现，因此，必须采取加压罐式结构。
重水研究实验堆：重水的中子吸收截面小，允许采用天然铀燃料，它的特点是临界质量较大，中子通量密度较低。如果要减小临界质量和获得高中子通量密度，就用浓缩铀来代替天然铀。
此外，还有固体慢化剂研究实验堆、均匀型研究实验堆、快中子实验堆等。

4. 生产堆
主要用于生产易裂变材料或其他材料，或用来进行工业规模辐照。生产堆包括产钚堆，产氚堆和产钚产氚两用堆、同位素生产堆及大规模辐照堆，如果不是特别指明，通常所说的生产堆是指产钚堆。 该堆结构简单，生产堆中的燃料元件既是燃料又是生产钚-239的原料。中子来源于用天然铀制作的元件中的U-235。U-235裂变中子产额为2—3个。除维持裂变反应所需的中子外，余下的中子被U-238吸收，即可转换成Pu-239，平均烧掉一个U-235原子可获得0.8个钚原子。也可以用生产堆生产热核燃料氚。用重水 型生产堆生产氚要比用石墨生产堆产氚高7倍。

5. 动力反应堆
世界上动力反应堆可分为潜艇动力堆和商用发电反应堆。核潜艇通常用压水堆做为其动力装置。商用规模的核电站用的反应堆主要有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆和快堆等。
压水堆：
采用低浓（铀-235浓度约为3％）的二氧化铀作燃料，高压水作慢化剂和冷却剂。是 目前世界上最为成熟的堆型。

沸水堆：
采用低浓（铀-235浓度约为3％）的二氧化铀作燃料，沸腾水作慢化剂和冷却剂。

重水堆：
重水作慢化剂，重水（或沸腾轻水）作冷却剂，可用天然铀作燃料，目前达到商用水平的只有加拿大开发的坎杜堆，我国正建一座重水堆核电站。

石墨气冷堆：
以石墨作慢化剂，二氧化碳作冷却剂，用天然铀燃料，最高运行温度为360℃，这种堆已有丰富的运行经验，到90年代初期已运行了650个堆年。

快中子堆：
采用钚或高浓铀作燃料，一般用液态金属钠作冷却剂。不用慢化剂。根据冷却剂的不同分为钠冷快堆和气冷快堆。

（三）核电站

1. 什么是核电站
核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。

2. 核电站工作原理
核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。

3. 压水堆核电站
以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统，其形式与常规火电厂类似。

4. 沸水堆核电站
以沸水堆为热源的核电站。沸水堆是以沸腾轻水 为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。
沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）；蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。

5. 重水堆核电站
以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力容器式和压力管式两类。
重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。

6. 快堆核电站
由快中子引起链式裂变反应所释放出 来的热能转换为电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。
目前，世界上已商业运行的核电站堆型，如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变材料，它对铀资源的利用率也只有1％—2％，但在快堆中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用，但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到60％—70％。

7. 世界上目前建造核电站情况
核电自50年代中期问世以来，目前已取得长足的发展。到1999年中期，世界上共有436座发电用核反应堆在运行，总装机容量为350676兆瓦。正在建造的发电反应堆有30座，总装机容量为21642兆瓦。
目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电，核发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一，有的国家超过70％。据资料估计，到2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦。

8.核能是清洁的能源
目前环境污染问题大部分是由使用化石燃料引起的，化石燃料燃烧会放出大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，由二氧化碳等有害气体造成的“温室效应”，将使地球气温升高，会造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来灾难性的影响，核电站并不排放这些有害物质，不会造成“温室效应”，与火电厂相比，它能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境等。
在国外核电站的周围有人居住、游泳、放牧牛羊、钓鱼，有的核电站位于大城市附近，有的位于游览区。核电站是安全、经济、干净的能源，与火电站相比，更有利于保护环境。
核电厂和火电厂对环境影响的比较（电功率100兆瓦） ——核电站对周围环境无污染
居民受到的辐射剂量 氧化硫排放量
（吨/年） 烟灰和殊物质
（吨/年） 氧化氮排放量
（吨/年） 采矿面积
（亩/年） 危害健康的相对指数
燃煤发电厂 0.048 46000-127500 3500 26250-30000 1210 SO：32000 NOx：4530 烟灰：1100
压水堆核电站：0.018 0 0 0 30-42 氪氙 1
磷 20

9．核电站废物严格遵照国家标准，对人民生活不会产生有害影响
核电厂的三废治理设施与主体工程同时设计，同时施工，同时投产，其原则是尽量回收，把排放量减至最小，核电厂的固体废物完全不向环境排放，放射性液体废物转化为固体也不排放；像工作人员淋浴水、洗涤水之类的低放射性废水经过处理、检测合格后排放；气体废物经过滞留衰变和吸附，过滤后向高空排放。
核电厂废物排放严格遵照国家标准，而实际排放的放射性物质的量远低于标准规定的允许值。所以，核电厂不会对给人生活和工农业生产带来有害的影响。

10．核电站是经济的能源
世界上有核电国家的多年统计资料表明，虽然核电站的比投资高于燃煤电厂，但是，由于核燃料成本显着地低于燃煤成本，以及燃料是长期起作用的因素，这就使得目前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。

11．核能是可持续发展的能源
世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。这些裂变燃料足够使用到聚变能时代。聚变燃料

‘柒’ 美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究成果

以下是劳伦斯伯克利国家实验室建立80年间的主要科研成就 ：
¨发明了回旋加速器 － 欧内斯特·劳伦斯（E.O. Lawrence）获得1939年诺贝尔物理奖的圆形加速器；
¨发现了锝 － 成为医学中最广泛应用锝放射性同位素的第一个人造元素；
¨建造了60英寸锝回旋加速器 － 诞生了克罗克辐射实验室和核医学；
¨发现了镎和钚 － 产生了第一个超铀元素，Edwin McMillan 和Glenn Seaborg获得1951年诺贝尔化学奖；
¨发现了碳14 － 称为测定人类史前古器物年代的原子钟；
¨建造了184英寸的同步回旋加速器 － 由加州大学伯克利分校校园移到伯克利山上的位置；
¨发明了第一台质子直线加速器 － 至今肿瘤门诊用于治疗癌症的一种类型的加速器；
¨发现了锫 － 一种放射性的稀土金属；
¨发明了Anger照相机 － Hal Anger研制出第一台组织中成像放射性同位素伽马射线照相机；
¨发明了液氢泡室 － 使Donald Glaser获得1960年诺贝尔物理奖；
¨建造了贝伐特朗质子加速器 － 加速器击碎10亿电子伏特质子（GeV）的障碍；
¨发现了反质子 － Emilio Segrè和Owen Chamberlain获得1959年诺贝尔物理奖；
¨发现了反中子 － 反物质或镜象物质扩大到包括电中性基本粒子；
¨确定了碳的光合作用路径 － Melvin Calvin获得1961年诺贝尔化学奖；
¨发现了铑 － 按LBNL创始人Ernest O. Lawrence 命名的放射性稀土金属；
¨88英寸回旋加速器开放 － 今天仍用于研究电离辐射对基于空间电子学的效应；
¨发明了化学激光器 － 成为最通用和广泛使用的科学工具之一；
¨发现了基本粒子中的“共振态”－ Luis Alvarez获得1968年诺贝尔物理奖；
¨正电子断层照相（PET）获得突破 － 开发出世界上用于诊断研究分辨率最高的PET扫描仪
¨发现了j/psi粒子 － 包括粲夸克第一个证据的介子；
¨发现了106号元素Sg － 以LBNL诺贝尔奖获得者Glenn Seaborg 命名的放射性合成元素；
¨建造了贝伐拉克 － 超级重离子直线加速器和贝伐特朗质子加速器组合在一起将重离子加速到相对论的能量；
¨发明了时间投影室 － 时间投影室仍然是高能物理粒子探测器的重负荷设备；
¨超导磁铁打破特斯拉记录 － LBNL成为世界上超导电磁技术的领导者；
¨在斯坦福建造了正负电子对撞机 － 与SLAC国家加速器实验室联合建造的项目诞生了第一台物质反物质对撞机；
¨在帕克菲尔德（Parkfield）开始进行地震研究 － LBNL成为地下成像技术的领导者；
¨构思出10米望远镜 － 提出世界上最大光学望远镜中现在使用的分节反射镜；
¨发明了SQUIDs － 测量超微型磁场用的超导量子干涉设备（SQUIDs）；
¨发明了智能窗 － 嵌入的电极能使窗户的玻璃对阳光的变化作出反应；
¨恐龙灭绝 － 铱在KT边界的异常使恐龙灭绝与小行星撞击地球联系在一起
¨国家电子显微术中心开放 － 世界上最强大的电子显微镜之家将产生第一批碳原子晶格图象；
¨创造了DOE-2程序 － 用于模拟加热、照明和空调费用的节能计算程序；
¨观测到了集体流 － 核物质可压缩到高温和密度的第一个直接证据推动寻找夸克胶子等离子体；
¨交叉分子束研究 － 李远哲赢得1988年诺贝尔化学奖；
¨发明了核磁共振魔角和双旋转 － 一系列新核技术中的第一种，使核磁共振技术从固体扩展到液体和气体；
¨确定了好的和坏的胆固醇 － 在胆固醇种发现了两种形式的脂蛋白，高密度和低密度，前者是好的，后者对心脏病是坏的；
¨固态荧光灯镇流器 － 高频电子镇流器导致商业开发出紧凑型荧光灯；
¨分子束外延（MBE）－4 惰性聚变能实验－ 直线加速器加速并将平行的重离子束聚焦到1 MeV，提供了磁聚变能的一种替代物；
¨北极发现煤烟 － LBNL的黑碳仪揭示在北极辐射吸收黑色颗粒浓度大，说明污染是全球性的问题；
¨发明了随机涡方法 － 数学模型描述湍流，在宇宙中最常见的运动形式；
¨创造了下一代气凝胶 － LBNL研制96%是空气的材料，导致建立美国第一个商业气凝胶公司；
¨建立了正常人上皮细胞株 － 形成在培育中无限生活的细胞为癌症研究打开新的大门；
¨揭开了氡的危险 －发现氡气通过地下室进入家庭在美国某些地区构成重大辐射危险；
¨提出细胞外基质理论 － 突破性的理论将乳腺癌的发展与围绕乳腺细胞的微环境崩溃联系在一起；
¨人类基因组工程开始 －被指定能源部两个中心之一的LBNL进行绘制和对人类基因组进行排序，该项目于2003年成功完成；
¨发明了固体聚合物电池 － 新种类的聚合物阴极使新家族的轻型充电电池成为可能；
¨COBE卫星记录早期宇宙的萌芽 － LBNL搭载美国宇航局卫星的探测器揭示导致产生今天星系的宇宙微波背景的波动；
¨先进光源ALS开放 － 产生世界上用于科学研究的最亮的软X射线和紫外光；
¨确定了心脏病的基因 － 新的证据将动脉硬化症与一个单个显性基因联系在一起；
¨超硬碳氮化合物 － 在理论模型基础上设计的新化合物比钻石更强硬；
¨第一次看到DNA双螺旋线 － 不变的DNA图像让科学家门首次看到双螺旋线；
¨凯斯特森（Kesterson）水库威胁揭密 － LBNL发现被农业径流硒污染野生动物庇护所暴露普遍的生态危害；
¨第一个飞秒X射线束流 － 先进光源ALS的束流脉冲长度被限定到仅一秒的十亿分之几秒；
¨发明了硫灯 － 实验室科学家们帮助分子发射器产生的能效比传统白炽灯泡高四倍和亮度高700倍；
¨国家能源研究科学计算中心移到LBNL － LBNL成为国家能源研究科学计算中心的东道主，该中心是美国能源部科学局的旗舰科学计算设施；
¨细胞衰老与癌症 － 生物测定帮助科学家们确定在活着的有机体中的生物衰老细胞，并发现与癌症的联系；
¨世界上最强大的伽马探测器（Gammasphere）亮相 － 世界上最敏感的伽马辐射探测器赋予好莱坞灵感，生产出好莱坞大片《绿巨人》；
¨构思出B工厂 － 与SLAC合作建造第一台不对称粒子对撞机，称为B工厂，它将继续显示CP破缺的第一个证据；
¨镰状细胞和转基因小鼠唐氏综合征 － 带有人类基因的小鼠模型模仿镰状细胞疾病和将DYRK（蛋白激酶）基因与智力低下症联系在一起；
¨传输控制协议/因特网互联协议（TCP / IP）的流量控制算法 － LBNL开发的算法大大减少网络的交通挤塞情况，并被广泛地与认为能够防止互联网发生不可避免的拥塞崩溃；
¨发现了顶夸克 － LBNL的科学家参加了在Tevatron上进行的两个历史性CDF和D0实验，找到预测的六个夸克中最后、也是最难以捉摸的顶夸克；
¨紫外线净水器防止霍乱暴发 － 紫外线光快速和廉价消毒偏远地区的水；
¨尤卡山的3维计算机模型－ 水文地质模型显示核废料储存库选在内华达山是合理的；
¨发现了暗能量 － 超新星宇宙学项目揭示被称为“暗能量”的反引力导致宇宙加速膨胀；
¨微管蛋白的第一个三维原子尺度模型 － 图像揭示灵活蛋白质的结构，它启动生物细胞的有丝分裂和其他关键功能；
¨完成散裂中子源的前端系统 － LBNL完成为散裂中子源产生负氢离子并将其发送到田纳西州橡树岭国家实验室的加速器的工作。
¨来自加拿大中微子观测站（SNO）的初步结果表明中微子质量 － 来自SNO第一年的数据揭示了诡异亚原子粒子的微小质量；
¨开发了混合型太阳能电池 － 纳米技术与塑料电子学相结合，产生可以大量生产多种不同形状的光电设备；
¨南大洋和弗里奥（Frio）试验 － 实验室开始在南极海岸和得克萨斯州休斯敦附近的深部咸水含水层进行碳固存研究；
¨发明了小人激光器 － 紫外发光纳米线激光器测量100纳米的直径，或千分之一的人的头发
¨发明了伯克利灯 － 荧光台灯比传统台灯减少50%的能源费用；
¨合成生物学的突破 － 在主要研究所的第一个合成生物学部创造了抗疟疾和抗艾滋病的超级药物合成基因；
¨创造了世界上最小的合成电动机 － 由碳纳米管和金子制作的旋转电动机长度低于300纳米；
¨分子铸造厂开放 － 能源部国家用户设施，专门用于涉及、合成和表征纳米尺度材料。
¨将窗变成了节能器 － LBNL开发出阻止热夏天进入冬天热逃脱的窗口镀膜；
¨斜屋顶防全球变暖 － LBNL在分析和实现反射阳光、降低表面温度和大幅度消减冷却费用的冷屋顶材料中处于领先地位；
¨保存了不久以前的声音 － 实验室的科学家们研制出一种进行数字化改造过于脆弱无法播放的老化录音，如从19世纪后期爱迪生蜡盘的高科技方式。
¨使器具物尽其职 － LBNL的科学家们帮助拟定了各种器具的联邦政府能效标准；
¨创造了超小型DNA取样器 － 确定空气、水和土壤样品中微生物的工具，广泛用于公共卫生、医学和环境清除项目；
¨开发超强气候模型 － 在LBNL国家能源研究科学计算中心进行的气候模拟帮助使全球变暖称为餐桌上的交谈话题；
¨促成了中国的能源效率－ 中国在制定能源标识和电器标准时，LBNL给予了相当大的支持，还帮助提高中国的住宅和商业楼宇以及工业部门如水泥制造业的能源效率；
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-2014年8月24日，美国加利福尼亚州旧金山北部地区发生6.0级地震。此次地震为当地25年来最强烈的地震，造成至少170人受伤，旧金山地震发生10秒前，美国伯克利地震学实验室的一个地震警报系统成功探测到了这次地震，并向地震学家发出了预警。 尽管该实验室开发的这一实验地震警告系统还处于演示阶段，仅向一小部分测试用户推送信息，但该系统提前探测到了24日的地震，并向实验室人员发出警告。提前10秒钟发布地震预警，可以让人们有时间进行躲避，从而减少在地震中受伤或死亡的风险。科学界希望这一系统最多可在地震来临前50秒向民众发布地震预警。

‘捌’ 自然伽马测井

自然伽马测井是在井中测量岩层中自然存在的放射性核素在衰变过程中放射出来的伽马射线的强度，来研究地质问题的一种测井方法。这种测井方法用于探测和评价放射性矿藏，如钾矿和铀矿，在油气勘探与开发中也广为应用，用以划分岩性，估算岩层泥质含量、地层对比等。

3.1.1 自然伽马测井的核物理基础

3.1.1.1 核衰变及其放射性

(1)放射性核素

原子是由原子核及核外电子层组成的一种很微小的粒子。原子核更小，由中子和质子组成。原子核中具有一定数量的质子和中子，在同一能态上的同类原子称为核素，同一核素的原子核中质子数和中子数都相等。原子核中质子数相同而中子数不同的核素称为同位素，它们具有相同的化学性质，在元素周期表中占有同一位置。例如，¹₁H、²₁H、³₁H是氢的三种同位素。

核素分为稳定的和不稳定的两类。稳定核素的结构和能量不会发生变化;不稳定核素将会自发地改变其结构，衰变成其他核素并放射出射线，因此，这种核素也称为放射性核素。不稳定的同位素称为放射性同位素。

(2)核衰变

放射性核素的原子核自发地释放出一种带电粒子(α或β)，蜕变成另外某种原子核，同时放射出γ射线的过程叫核衰变。原子核能自发地释放α、β、γ射线的性质叫放射性。

放射性核衰变遵循一定的规律，即放射性核数随时间按指数递减的规律进行变化，而且这种变化与任何外界作用无关，如温度、压力和电场、磁场等都不能影响放射性衰变的速度，这一速度唯一地取决于放射性核素本身的性质。

若以N和N₀分别表示任一放射性核素在时间t=0和t时的个数，则放射性核素的衰变规律为:

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式中:λ为衰变常数，其值决定于该放射性核素本身的性质;不同的核素，λ值可以相差很大，显然λ越大衰变越快。

这个规律说明，随着时间的增长，放射性核素的原子个数减少。

除了用衰变常数λ以外，还用半衰期T来说明衰变的速度。半衰期就是从t=0时的N₀个原子核开始，到N₀/2个原子核发生了衰变所经历的时间，称半衰期，用T表示。于是当t=T时，N=N₀/2，则由式(3.1.1)可得:

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经运算后得到:

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T和λ一样，不受任何外界作用的影响，而且是与时间无关的常量。不同放射性核素的T值不同。各种放射性核素的半衰期相差很大，有的长达几十亿年，有的则短到若干分之一秒。表3.1.1列出几种放射性核素的半衰期。

表3.1.1 常见放射性核素的半衰期

(3)放射性射线的性质

放射性物质能放出α、β、γ等三种放射性射线，它们具有不同的性质。

1)α射线。α射线是氦原子核流。氦的原子核是⁴₂He，带有两个单位正电荷。因为质量大，它容易引起物质的电离或激发，被物质吸收。虽然α射线的电离本领最强，但是它在物质中的穿透距离很小，在空气中为2.5m左右，在岩石中的穿透距离仅为10^－3m。所以，在井内探测不到α射线。

2)β射线。β射线是高速运动的电子流，它在物质中的射程也较短，如能量为1MeV的β射线在铅中的射程仅为1.48cm。

3)γ射线。γ射线是频率很高的电磁波(波长为3×10^－11～10^－9cm)或光子流，不带电荷，能量很高，一般多在几十万电子伏以上，并且有很强的穿透能力，能穿透几十厘米的地层、套管及仪器外壳。γ射线在核测井中能被探测到，因而它得到利用。

(4)放射性单位

一定量的放射性核素，在单位时间里发生衰变的核数叫放射性活度。以往的文献曾将活度叫做强度，在核测井及其他工程中直到现在仍沿用强度这一术语。

活度单位曾用居里(Ci)，其定义为:

1Ci=3.7×10¹⁰/s

还有更小的活度单位，即mCi和μCi。

1975年国际计量大会对放射性活度的单位做了新的规定，按规定国际单位制的活度单位名称为“贝可(勒尔)”，符号为Bq:

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放射性比活度(质量活度)是指放射性核素的放射性活度与其质量之比，其单位是Bq/g［曾用Ci/g］。纯镭的放射性比活度是3.7×10¹⁰Bq/q(1Ci/g)。

3.1.1.2 岩石的自然放射性

岩石的自然放射性决定于岩石所含的放射性核素的种类和数量。岩石中的自然放射性核素主要是铀(²³⁸₉₂U)、钍(²³²₉₀Th)、锕(²²⁷₈₀Ac)及其衰变物和钾的放射性同位素⁴⁰₁₉K等，这些核素的原子核在衰变过程中能放出大量的α、β、γ射线。例如，1g铀或钍每秒能放出平均能量为0.51MeV的γ光子12000或26000个。

不同岩石放射性元素的种类和含量是不同的，它与岩性及其形成过程中的物理化学条件有关。

一般说来，火成岩在三大岩类中放射性最强，其次是变质岩，最弱是沉积岩。沉积岩按其含放射性元素的强弱可分成以下三类:

1)伽马放射性高的岩石。深海相的泥质沉积物，如海绿石砂岩、高放射性独居石、钾钒矿砂岩、含铀钒矿的石灰岩以及钾盐等。

2)伽马放射性中等的岩石。它包括浅海相和陆相沉积的泥质岩石，如泥质砂岩、泥灰岩和泥质石灰岩。

3)伽马放射性低的岩石。砂层、砂岩和石灰岩、煤和沥青等。煤和沥青的放射性含量变化较大。

由于不同地层具有不同的自然放射性强度，因而有可能根据自然伽马测井法研究地层的性质。

3.1.2 自然伽马测井原理

3.1.2.1 测量原理

自然伽马测井测量原理示意图如图3.1.1所示。测量装置由井下仪器和地面仪器组成，下井仪有探测器(闪烁计数管)、放大器、高压电源等几部分。自然伽马射线由岩层穿过泥浆、仪器外壳进入探测器，探测器将γ射线转化为电脉冲信号，经过放大器把脉冲放大后，由电缆送到地面仪器，地面仪器把每分钟形成的电脉冲数(计数率)转变为与其成比例的电位差进行记录。

井下仪器在井内自下而上移动测量，就连续记录出井剖面岩层的自然伽马强度曲线，称为自然伽马测井曲线(用GR表示)，以计数率(1/min)或标准化单位(如μR/h或API)刻度。

为了更好地理解自然伽马测井的测量原理，下面简单介绍射线探测器。

图3.1.1 自然伽马测井测量原理示意图

3.1.2.2 射线探测器

(1)放电计数管

如图3.1.2所示，放电计数管是利用放射性辐射使气体电离的特性来探测伽马射线的。在密闭的玻璃管内充满惰性气体，装有二个电极，中间一条细钨丝是阳极，玻璃管内壁涂上一层金属物质作为阴极，在阴阳极之间加高的电压(×××～1500V)。

图3.1.2 放电计数管工作原理图

当岩层中的γ射线进入管内时，它从管内壁的金属物质中打出电子来。这些具有一定动能的电子在管内运动引起管内气体电离。产生电子和正离子，在高压电场作用下，电子被吸向阳极，引起阳极放电。因而通过计数管就有脉冲电流产生，使阳极电压降低形成一个负脉冲，被测量线路记录下来。再有γ射线进入计数管就又有新的脉冲被记录下来。

此种计数管对γ射线的记录效率很低(1%～2%)。

(2)闪烁计数管

闪烁计数管由光电倍增管和碘化钠晶体组成，如图3.1.3所示。它是利用被γ射线激发的物质的发光现象来探测射线的。当γ射线进入NaI晶体时，就从它的原子中打出电子来，这些电子具有较高的能量，以至于这些高能电子在晶体内运动时足以把与它们相碰撞的原子激发。被电子激发的原子回到稳定的基态时，就放出闪烁光。光子经光导物质，传导到光阴极上与光阴极发生光电效应产生光电子。这些光电子在到达阳极的途中，要经过聚焦电极和若干个联极(又称打拿极)。聚焦电极把从光阴极放出来的光电子聚焦在联极D₁上。从D₁至D₈联极电压逐级增高，因而光电子逐级加速，这样，电子数量将逐级倍增。大量电子最后到达阳极，使阳极电压瞬时下降，产生电压负脉冲，输入测量线路予以记录。

图3.1.3 闪烁计数管工作原理图

一般光电倍增管联极的极数为9～11个，放大倍数为10⁵～10⁶左右，由光电倍增管和NaI晶体构成的计数管具有计数效率高、分辨时间短的优点，在核测井中已被广泛应用。

3.1.3 自然伽马测井曲线的特点及影响因素

岩石的放射性核素放射出来的伽马射线γ在穿过岩石时会逐渐被岩石吸收，因此由距离探测器较远的岩石放射出来的伽马射线，在到达探测器之前已被岩石所吸收，所以自然伽马测井曲线记录下来的主要是仪器附近、以探测器中点为球心半径为30～45cm范围内岩石放射出来的伽马射线。这个范围就是自然伽马测井的探测范围。用这个“探测范围”的概念，能够容易理解自然伽马测井曲线的形状及其特点。

3.1.3.1 自然伽马曲线形状的特点

根据理论计算的自然伽马曲线如图3.1.4所示，具有下列特点:

图3.1.4 自然伽马测井理论曲线

1)当上下围岩的放射性含量相同时，曲线形状对称于地层中点。

2)高放射性地层，对着地层中心曲线有一极大值，并且它随地层厚度(h)的增加而增大，当h≥3d₀时(d₀为井径值)，极大值为常数，且与地层厚度无关，只与岩石的自然放射性强度成正比。

3)当h≥3d₀时，由曲线的半幅点确定的地层厚度为真厚度。当h<3d₀时，因受低放射性围岩的影响，自然伽马幅度值随层厚h减小而减小，地层越薄，曲线幅度值就越小。对于薄地层曲线，半幅点确定的地层厚度大于地层的真实厚度，这样的地层在自然伽马曲线上就很难划分出来。

3.1.3.2 自然伽马测井曲线的影响因素

(1)时间常数和测井速度的影响

只有当测井速度很小时，测得的曲线形状与理论曲线相似。当测井速度增加时，曲线形状发生沿仪器移动方向偏移的畸变，造成畸变的原因是记录仪器中的积分电路具有惰性(充电、放电都需要一定的时间)。其输出电压相对于输入量要滞后一段时间，而下井仪器又在连续不断地移动，于是就使测井曲线发生了畸变，图3.1.5是考虑了积分电路的充放电时间常数τ和测速v的乘积vτ所作的理论计算结果。

vτ影响使GR曲线发生畸变，主要表现在幅度值最大值下降，且最大值的位置不在地层中心，而向上移动，视厚度h_a增大，半幅点位置上移。地层厚度越小，vτ越大，曲线畸变越严重。为防止测井曲线畸变必须限制测速及采用适当的积分时间常数。

在解释中，常使用自然伽马曲线的半幅点划分地层界面，该点的记录深度受测井速度和仪器的时间常数的影响。随着测井速度增加或时间常数增大，异常的半幅点深度向上偏移的距离(称滞后距离)越大。曲线半幅点的滞后距离可以根据下式近似估算:

滞后距离=υ×τ

把曲线的半幅点向下移动一个滞后距离即地层的界面位置。一般要求滞后距离小于35cm为宜，这就要求测井速度选择适当。如果仪器的时间常数为2s，则v<600m/h才能防止曲线过分畸变。

(2)放射性涨落的影响

实验结果表明，在放射源和测量条件不变，并在相等的时间间隔内多次进行γ射线强度测井时，每次记录的结果不尽相同，而是在以平均值n为中心的某个范围内变化。分析测量结果的分布得知，接近平均值的测量读数具有较大的概率。这是由于地层中放射性核素的衰变是随机的且彼此独立的原因。这种现象叫放射性涨落或叫统计起伏现象。这种现象的存在，使得自然伽马测井曲线上具有许多“小锯齿”的独特形态。参阅图3.1.6。

图3.1.5 vτ对自然伽马测井曲线的影响

图3.1.6 自然伽马测井曲线涨落误差

当 很大时，放射性涨落服从泊松分布规律，该分布曲线如图3.1.7所示，图中W(n)是单位时间内记录的脉冲数n出现的概率， 单位时间的平均脉冲数。

通常用均方误差σ表示测量结果的精度。

图3.1.7 泊松分布曲线

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在满足泊松分布的条件下，经过计算可以推出:

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|Δn|>σ的偏差只占总偏差的31.7%，|Δn|<σ的偏差占总误差的68.3%。通常把Δn₀=σ当做观测误差的标准，此时σ叫标准误差。在核测井曲线上，如果曲线变化在－σ～+σ范围内，则认为是由放射性涨落造成的这种变化。

实际工作中常用相对标准误差δ，它用下式表示:

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核测井曲线上读数的变化有两种:一种是由于放射性涨落引起的，这种变化与地层性质无关。另一种是由地层放射性的变化引起的，根据这种变化可以:划分井所穿过的地质剖面，正确地区分这两种变化，是对核测井曲线正确解释的前提。

测井时，用时间常数为τ的积分电路记录。积分电路所记录的读数，相当于测量瞬时以前2τ的时间间隔内的脉冲计数率的平均值。所以曲线上任何一点的相对标准误差:

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曲线上任何一点的计数率和真值间的偏差为:

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在核测井曲线上的计数率不是地层计数率的真值，我们只能用井下仪器通过地层的时间间隔t内测得的一般地层核测井曲线的平均计数率来近似表示。所以为了确定在曲线上任何一点的计数率的放射性统计起伏误差的范围，必须知道这段测井曲线和真值之间的偏差。

设下井仪器的测速为v，它通过厚度为h的地层，所用时间为t=h/v，测得该地层的一段核测井曲线，共计脉冲总数为N，单位时间内平均脉冲数为 ，则 。所以:

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总计数N中包含的标准误差为:

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相对标准误差为:

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由上式可见地层越厚和测井速度越小，相对标准误差越小。测井曲线上的平均计数中包含的标准误差σ₂，可由δ₂求得为:

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因为核测井曲线的统计起伏是上述两个误差之和，所以:

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因此，若测量的地层性质没有变化，则读数n落在 范围内的概率是68.3%。如果分层正确，那么该层内就应有70%左右的读数不超出 的范围。如果越出了，且超过(2.5～3)σ，则分层不正确，应重新分层。如前图3.1.6所示。

图3.1.8 地层厚度对自然伽马测井曲线的影响

(3)地层厚度对曲线幅度的影响

图3.1.8所示，该剖面由放射性元素含量较低的三层砂岩和放射性元素含量较高的四层泥岩组成。对于砂岩地层来说，虽然层2、4、6的放射性元素含量相同，但层6较薄，存在邻层泥岩的影响，使得层6的自然伽马测井曲线值高于层2、4。对于泥岩来说，虽然层1、3、5、7放射性元素含量相同，但由于层3较薄，存在邻层砂岩的影响，使得层3的自然伽马测井曲线值低于层1、5、7。可以看出，由于地层变薄，泥岩的自然伽马测井曲线值会下降，而砂岩层的自然伽马测井曲线值上升，并且地层越薄，这种下降和上升的幅度越大。因此，对于地层厚度小于三倍井径(h<3d₀)的地层，在应用自然伽马测井曲线时，应考虑层厚的影响。

(4)井的参数对自然伽马测井曲线的影响

自然伽马测井曲线的幅度不仅是地层的放射性函数，而且还受井眼条件(井径、泥浆比重、套管、水泥环等参数)的影响。泥浆、套管、水泥环吸收伽马射线，所以这些物质会使自然伽马测井值降低。一层套管时的自然伽马测井值大约是没有套管的自然伽马测井曲线值的75%。如有多层套管则自然伽马值将明显下降。

在大井眼和套管井中，定量解释自然伽马资料时，要做出校正图版，进行必要的校正。

在没有校正图版的情况下，在实际工作中，根据具体情况用统计的方法可做出校正曲线，对测井曲线进行校正。

3.1.4 自然伽马测井曲线的应用

自然伽马测井在油气田勘探和开发中，主要用来划分岩性，确定储集层的泥质含量，进行地层对比及射孔工作中的跟踪定位等。

3.1.4.1 划分岩性

利用自然伽马测井曲线划分岩性，主要是根据岩层中泥质含量不同进行的。由于各地区岩石成分不一样，因此在利用自然伽马测井曲线划分岩层时，要了解该地区的地质剖面岩性的特点。下面是用自然伽马测井曲线划分岩性的一般规律。

在砂泥岩剖面中，砂岩显示出最低值，黏土(泥岩、页岩)显示最高值。粉砂岩、泥质砂岩介于中间，并随着岩层中泥质含量增加曲线幅度增大。如图3.1.9所示。

图3.1.9 砂泥岩剖面自然伽马测井曲线

在碳酸盐岩剖面自然伽马测井曲线上，黏土(泥岩、页岩)层的读数最高，纯的石灰岩、白云岩的自然伽马读数值最低，而泥灰岩、泥质石灰岩、泥质白云岩的自然伽马测井值介于两者之间，而且随着泥质含量增加而增大。如图3.1.10所示。

在膏盐剖面中，用自然伽马测井曲线可以划分岩性并划分出砂岩储集层。在这种剖面中，岩盐、石膏层的曲线读数值最低，泥岩最高，砂岩介于上述二者之间。曲线靠近高值的砂岩层的泥质含量较多，是储集性较差的砂岩，而曲线靠近低值的砂岩层则是较好的储集层。图3.1.11是用膏盐剖面自然伽马测井曲线划分砂岩储集层的实例。

3.1.4.2 地层对比

与用自然电位和普通电阻率测井曲线比较，利用自然伽马测井曲线进行地层对比有以下几个优点:

图3.1.10 碳酸盐岩剖面自然伽马测井曲线

1)自然伽马测井曲线与地层水和泥浆的矿化度无关。

2)自然伽马测井曲线值在一般条件下与地层中所含流体的性质(油或水)无关。

3)在自然伽马测井曲线上容易找到标准层，如海相沉积的泥岩，在很大区域内显示明显的高幅度值。

在油水过渡带内进行地层对比时，就显示出自然伽马测井曲线的优点了。因为在这样的地区同一地层不同井内，孔隙中所含流体性质(油、气、水)是不同的，这就使视电阻率、自然电位和中子伽马测井曲线变化而造成对比上的困难。自然伽马测井曲线不受流体性质变化的影响，所以在油水过渡带进行地层对比时，可以使用自然伽马测井曲线。

在膏盐剖面地区，由于视电阻率和自然电位测井曲线显示不好，使用自然伽马测井曲线进行地层对比更为必要。图3.1.12是利用自然伽马测井曲线进行膏盐地区地层对比的实例。

3.1.4.3 估算泥质含量

由于泥质颗粒细小，具有较大的比面，对放射性物质有较大的吸附能力，并且沉积时间长，有充分时间与溶液中的放射性物质一起沉积下来，所以泥质(黏土)具有很高的放射性。在不含放射性矿物的情况下，泥质含量的多少就决定了沉积岩石的放射性的强弱。所以利用自然伽马测井资料可以估算泥质含量，常用的估算方法如下。

图3.1.11 用自然伽马测井曲线划分膏盐剖面砂岩储集层

图3.1.12 用自然伽马测井曲线进行地层对比

地层中的泥质含量与自然伽马读数GR的关系往往是通过实验确定的。通常采用下式求泥质的体积含量V_sh:

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式中:I_GCUR为希尔奇(Hilchie)指数，它与地层地质年代有关，可根据取心分析资料与自然伽马测井值进行统计确定，对北美古近－新近系地层取3.7，老地层取2;I_GR为自然伽马相对值，也称泥质含量指数，且:

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C_GR、C_GR，min、C_GR，max分别表示目的层、纯砂岩层和纯泥岩层的自然伽马读数值。

‘玖’ 请教个问题，宇宙飞船用核反应堆做动力源，工作原理是怎样的我的意思是，

核分裂式推进系统之一，核分裂热推进引擎 这是以核分裂作动力源的推进系统。其燃料主要是铀235或是钸239。就能量利用方式的不同可以分几个支系。以火箭系统的支系而言，是以核分裂燃料产生热，加热燃烧室中的工作流质（即推进剂）使其喷出。通常采用分子量最低的氢作为获得反作用力的工作流质以求得最高的喷气速度。美国在六零年代曾经进行过一项称之为“核子引擎火箭推进系统应用”的研究计画，（Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications,NERVA）测试过这类核子火箭的可能性。 NERVA没有实际升空测试，而是把引擎放在地上，喷气口朝天喷射的大规模引擎测试计画。这个计画中建造了十数部引擎，密集测试了数十次。其中测试机组中的最高出力约为1130MW，比冲约为 850秒，推力从一万磅到二十五万磅的都有。最高记录曾以全功率连续运转28分钟。而且这些只是以60年代的技术作出来的测试用引擎，便有90年代最先进化学火箭两倍以上的比冲量。以这个测试用引擎的能力，约可使标准太空船达到 794m/sec的ΔV。而此种引擎的理论理论比冲值约在750秒到1200秒之间。 NERVA 研究计画后来在80年代美国政府删减火星登陆计画预算时中止，所有设备皆被弃置，但宝贵的测试资料与经验都留下来了。如果需要的话，这种引擎是能在最短时间发展出来的优秀次代火箭引擎。和尚未成功的受控核融合火箭相比，这种核分裂火箭用的是已经成熟，相当实际的技术，只要投下经费，十年内便可建造出可靠的引擎装到太空船上。 另外一方面，即使NERVA 计画结束，大量理论方面的基础研究并未跟着停止。就核分裂热推进系统而言，理论上具有另一种较为优秀的引擎存在，即气态核心反应炉。这是相对于NERVA 计画中使用的固态（石墨）核心反应炉而言，以铀电浆与氢混和的气态炉心反应炉。其比冲潜力在5000秒~10000秒之间。这类引擎的困难与受控核融合炉有点类似，皆为炉心高温气体的处理相当麻烦。不过由于其并非欲进行核融合，气体温度仅约摄氏数万度，远较融合炉的数千万到上亿度为低，因而难度低了许多。若取理论平均值7000秒比冲来计算，则使用这类系统的标准太空船之ΔV可达到6538m/sec。但这类系统，包含固态炉心的 NERVA计画都有个相似的缺点，即其排气具有放射性，因此不能在地球上使用。在太空中则无妨，因放射性气体会很快扩散开来。核分裂系统的理想喷气值约为11200km/s。 3.核分裂式推进系统之二，核分裂电推进引擎 这种系统简单的来说，就是用核电厂发电，以电力来加速发射带电粒子来获得推力。当然这个核电厂的体积和重量必须缩小到能够装进太空船中才行。而小型核电厂已经算是相当成熟的技术了，例如目前最小的核子潜舰排水量才两千吨左右，因此基本上此类系统问题并不大。而发射的带电粒子则可从电子到各式离子与电浆等范围，视需求而有不同。基本上为求得较高的推力与较快的加速度，工作流质以质量较重的金属离子或电浆为主。若是要求效率的话则就以发射较轻的粒子如氢离子来得到较高的喷射速度。 要注意的问题是需保持太空船的电中性，若是一直制造并发射正离子的话，太空船就会累积负电荷，因此得在离子喷射口中一并喷射电子。若是用电浆推进系统的话则无此问题，电浆本身就是电中性的气体。这类电推进系统的比冲非常大，通常约在1000秒~10000秒之间，这是以光电池等一般动力输出得到的比冲值。但其潜力不止于此，若是能以核分裂动力提供源源不绝的能源来加速很轻带电粒子，则具有把比冲提高到100000秒的潜力。以具有100000秒比冲的引擎来计算，标准太空船约可达到 93404m/sec的ΔV。 这类系统的缺点是推力非常低，其为了效率必须使粒子加到极高的速度喷射，但粒子的质量非常小，单位时间内能喷射的粒子质量有限因此获得的推力很低。故采用此种系统的太空船加速度会非常低，一般大约在 10的负5次方个 G左右。因此必须持续数周到数月的加速才能达到设计上的最高速度，同时也不可能推动太空船从星球表面起飞。 4.核融合式推进系统之一，受控核融合推进系统 这是把前面的核分裂热推力引擎的能量来源改成核融合，基本原理是一样的。基本上较受到注意的反应方程序有以下这几个： 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 四个方程序中最有效率的是第四个氘与氦三融合的反应，且此一反应不产生中子，几乎毫无污染，安全性非常高。但地球上不产氦三，只在核子炉中有少量生产，因此价格较高。月球表面氦三倒是很多，但必须建立开采能量。而第一个两个氘之间的融合则原料比较便宜，氘可以从海水中提炼出来，不过这个反应效率较低。第二第三个反应则会产生中子，会有较大的中子射线屏蔽的的问题。 使用受控核融合引擎，则随着不同的需求会有不同的比冲值，理论比冲值潜力在1万秒到200万秒之间。比冲值的差异在于混入气体的调整。简单的来说，如果在融合炉开个出口，让氘与氦三反应产生的电浆慢慢泄漏出来，用融合反应产生的能量将这些电浆喷射出去，（也有直接用反应炉开洞喷射的方法），就可以得到秒速两万公里的极高的喷气速度，因此而能有约 200万秒的比冲值。但是基于与电推动系统相同的道理，电浆的单位流量质量非常小，所以虽然喷气速度高，推力却不高。但如果在从融合炉排出来的微量电浆里加入氢混和之后再一并排出去，则由于混入氢之后喷射气体的质量提高了，使喷气速度Vc下降，比冲值也跟着下降，但推力却可以大幅增加。将氦三－氘反应电浆与氢以 1:99的比例混和，即喷射排气中含有99%的氢的时候，喷气速度会降成秒速一百公里，比冲值约为 10000左右。 故此种受控核融合推进系统可以用调整氢气导入量来改变推力，在一些需要大推力如超越重力梯度的星球起飞或是紧急加速时非常方便。但这就会造成短时间内效率的下降，会稍微降低太空船的最终速度。附带一提的是，第四个公式的氘和氦三反应产生的是氦四，氦四是一种惰性气体，不含辐射线，所以第四个公式反应之引擎加上氢气喷射的标准太空船可以直接从地面起飞，不会有辐射污染的问题。唯一的问题是这种引擎的出力太大，起降场地面积要很大，且清场得清的干净一点，任何太靠近的人都会倒足大霉。以两百万秒的比冲值，秒速两万公里的喷气速度来算，则约可使标准太空船达到 1906km/sec的ΔV值。核融合基于其理论能量转换效率，其理想喷气值约为26800km/s。 5.核融合式推进系统之二，核融合脉冲推进系统 虽然受控核融合技术尚未完成，但目前也有可以立刻使用的核融合推进方法，就是引爆氢弹来推动太空船。这种方法被称为核融合脉冲推进或是爆震推进。基本上的设计是这个样子的，以数吨到数百吨TNT 威力等级的小威力氢弹做为燃料，作成微型氢弹燃料球，每个燃料球直径大约只有一两公分。然后在内藏或外部的燃烧室中央以高能聚焦电子束或是雷射束来点燃这些微氢弹来诱发爆缩式的核融合反应。这些氢弹爆炸后将会产生高温高压电浆，然后与混和的氢从燃烧室喷射出去获得推力。 这种系统构造惊人的简单，燃烧室强度不需要很大，因为每个氢弹球的威力是可以事先调整的，只有数吨TNT 甚至是只有公斤级TNT 等级威力的微氢弹也是可以作得出来的。以目前的技术，完全可以做出可以承受此种等级爆炸威力的燃烧室，当然燃烧室外层还是要装上超导线圈，弄出磁场来减少电浆对燃烧室壁的侵蚀，同时巧妙灌入的氢气也可以有效保护燃烧室壁。 即使是小威力的微氢弹，如果以每秒数十枚到数百枚的流量射入燃烧室内引爆便可获得相当高的总推力，且此推力可由调整氢弹流量而调整。这可以用简单的机车二行程引擎来想象，在二行程引擎中也是用混和油气的爆炸来提供动力，同时用调整油气流量来得到不同的加速度。驾驶员只要转动油门便可以加速。 这种系统除了氢弹燃料球流量外，与受控核融合引擎相同的也可以经由导入燃烧室混和的氢气数量来改变推力。这类推进系统已经经由成功的试飞实验证实，不过用的燃料不是氢弹而是炸药。刚开始实验时那些科学家曾不小心把测试火箭炸成碎片，不过后来经过一些调整，成功的把小火箭发射到数十公里的高空。由于是用连续的爆炸脉冲推动火箭，所以称这类推进系统为脉冲式推进或爆震式推进。 这类系统的比冲潜力约在一万秒到一百万秒之间。还有系统构造极为简单，造价非常低的优点。缺点是比起受控融合炉的液态燃料储存方式，固态的燃料球在贮存与运输上都会比较不方便，占的空间会相当大。使用这种推进系统的标准太空船之ΔV是受控融合系统的一半，约953km/s左右 另外必须一提的是，脉冲推进法也可以用在化学燃料与核分裂燃料上。对于化学燃料使用这种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，当量是没有限制的。大到太阳等级的核融合反应，小到只有几毫克电浆的融合反应都没问题。所以可以把单次爆炸威力减低到燃烧室可以承受的地步，再用多次爆炸来维持推力。但对于核分裂而言则存在着一个临界质量，只有在超过临界质量的情况下才会产生连锁式核分裂反应。因此至少要有一定质量的分裂物质才能产生核分裂，换句话说，爆炸威力是有一个下限的。这个下限随着分裂原料的不同，大约是数千吨到上万吨TNT 当量左右。而一般的燃烧室无法承受这么大的威力，因此必须使用开放式的外部爆震推进法，而这会造成能量的浪费。且即使是使用此种方法，想承受每次数千吨威力的爆炸，对于太空船的结构将是一个很大的考验，更伤脑筋的是中子源等辐射屏蔽的问题了。因此在技术上，反而是核融合脉冲推进系统较为简单易于被接受。 6.正反物质的对消灭--光子火箭系统 此种推进系统乃是火箭系统理论上的极致。以正反物质对消灭来获得能量的光子火箭，可以极限速度光速来喷射光子或光波获得推力。因此其理论喷气速度达到上限，为每秒三十万公里，比冲值上限约为三千万秒。装备这个系统的标准太空船可获得约 28600km/sec 的ΔV，远高于前述任何推进系统。但同样的，光子的等效质量非常低，因而推力会很低。想增加推力唯有靠老方法，于对消灭反应炉中导入氢气，代价就是降低比冲值。 不过与核融合反应炉不同的是在对消灭火箭中这是两个不同的反应过程，需要用不同的系统。就核融合炉而言，进行反应后产生能量，并融合成氦四的电浆气体仍是以电浆形式存在，其以热能的方式提供能量，之后可以直接将这些融合后的电浆气体以热能喷射或以电推进的方式推动喷射，是否加入氢气并不影响这个过程。但在正反物质对消灭中，燃料将完全消灭，剩下来的是以光子型态的能量，使用反射镜将这些光子集中成一束单向发射来进行光子推进获得推力，这就使得此类系统必须以光子这种极低等效质量的粒子为唯一的推进剂。若是想用导入氢气增加推力的方法，则必须回到类似于融合炉之类的密封燃烧室设计，只不过在其中以正反物质歼灭来取代核融合反应，但这种设计将无法进行最高效率的光子推进。换句话说，高效率光子推进系统和可变推力系统是两种不兼容的系统，必须独立存在。 也就是说若是太空船想以反物质燃料同时获得高效率推进与大幅推力调整的能力，则必须同时装备这两种引擎。当然两者可共享同样的反物质燃料槽与液氢槽，但液氢槽容量将远比反物质储量大，其中将只有少部份用于对消灭反应，绝大部份则是供给推力调整引擎作为被喷射出去的推进剂。这实际上已经可以算是一种混合式推进系统了。光子火箭的缺点是推力太低（不考虑可变推力系统的话），反射高能光子（γ射线）的反射镜制作极为困难，还有反物质燃料十分昂贵。 就燃料而言反物质是可以人工制造的，而且不需要任何特殊原料。物质和反物质实际上便是冻结了的能量，因此可将能量转换成反物质。目前在回旋加速器进行高能粒子碰撞中已可产生并收集反粒子，但由于所需能量太高因而产量极低。以目前的技术水平，反物质的生产成本为每毫克三千亿美金，这当然是不可能被接受的价格。但由于反物质的能量转换效率是理论上最高的一种，具有极高的应用价值，因而将来反物质的生产可会能成为一个大规模的产业。构想中的方法是，在水星以内的环日轨道上建造超大型的回旋加速器，并配置大量太阳能光电板与太阳热电力的方式发电，以太阳的巨大的能量来生产反物质。整个系统的建造成本会很高，不过维护操作成本就会很低了，原料则完全不需要，只要太阳没有停止发光就成了。 7.太阳能火箭的最新发展，太阳能电推进系统 这是与核能电推进系统完全相同的系统，只不过动力源改成太阳能。此类系统是目前人类的技术结晶，且已有现货。已于98年10月24日发射第一艘使用此类系统的太空船，即Deep Space 1深太空一号。将来的行星探测太空船大部分都会装上此类系统。它使用新型更轻更薄的高效能太阳能板，发电效率远比旧式太阳能板高，故可以让离子引擎在远地行星如海王星，冥王星一带有效运作。将来的大型太空船也可以装上此类系统。这可以说是将来太空船的主要推进系统，因为可以直接由日光中取得能量，故效率在第一类推进系统中排名第一。自然在需要更高加速度与远离太阳的地方需要与其它推进系统如核融合系统配合。核能电推进系统的推进器与太阳能电推进系统是完全相同的，所以可以使用同样的推进器，同时装设太阳能与核能两种动力源，这也可以减低系统的重量。