能源的变迁与放射性技术

刘毅，师范大学物理专业学士，中学物理教师。发表教学和科普文章多篇。承担市级、区级研究课各一节，作为核心组成员参加北京市教育科学规划课题。担任学校开放性科学实践活动负责人，带领学生参加各种学科活动，获得一等奖3次，二等奖5次。

目 录

第一篇 传统能源与新能源

1 能源的分类 ……………………………………………… 2

2 人类对火的使用 ………………………………………… 5

1 “取火”的传说 ……………………………………… 5
2 人类祖先留下的用火遗迹 ………………………… 6
3 保存火种与摩擦取火 ……………………………… 8

3 从木炭到煤炭 ………………………………………… 11

1 木炭的功劳 ……………………………………… 11
2 “黑色的金子”——煤炭 ………………………… 14
3 煤炭的故事——苏轼与淮北煤 ………………… 16
4 煤炭的形成 ……………………………………… 19
5 工业革命中的煤炭 ……………………………… 23

4 石油 ……………………………………………………… 27

1 石油的形成及其物理性质 ……………………… 27
2 石油的开发 ……………………………………… 29
3 古老的石油文化 ………………………………… 32
4 石油的分布 ……………………………………… 36
5 近现代的石油工业 ……………………………… 38

5 天然气和可燃冰 ……………………………………… 41

1 天然气和可燃冰的故事 ………………………… 41
2 令人惊叹的四川盐井 …………………………… 44

6 电能 ……………………………………………………… 48

1 “电生磁”的发现 ………………………………… 48
2 “磁生电”的发现 ………………………………… 49
3 发电机和电动机 ………………………………… 51
4 电力输送技术 …………………………………… 56
5 火电的发展历程 ………………………………… 60
6 水电的发展历程 ………………………………… 62
7 电能的发展前景 ………………………………… 66

7 太阳能 …………………………………………………… 69

1 多种能源的“源头”——太阳能 ………………… 69
2 阿基米德的“法宝” …………………………… 72
3 利用太阳能的光热途径 ………………………… 73
4 阳燧和聚光式太阳灶 …………………………… 75
5 箱式太阳灶 ……………………………………… 78
6 太阳能热水器 …………………………………… 80
7 利用太阳能的光热发电途径 …………………… 81
8 太阳能电池与利用太阳能的光伏发电途径 …… 83
9 太阳能电池的应用 ……………………………… 86
10 利用太阳能的光化途径和燃油途径 …………… 89
11 太阳能的局限和发展前景 ……………………… 90
12 太阳光照明和太阳帆 …………………………… 91

8 风能和海洋能 ………………………………………… 98

1 古代的风能技术 ………………………………… 99
2 现代的风能技术 ………………………………… 101
3 风能的分布和应用前景 ………………………… 105
4 化风为电的方法以及风力发电的缺陷 ………… 108
5 潮汐能 …………………………………………… 110
6 潮汐电站的类型 ………………………………… 113
7 潮汐电站的发展 ………………………………… 115
8 波浪能和海流能 ………………………………… 118

9 氢能 ……………………………………………………… 120

1 氢以及氢气的制取 ……………………………… 120
2 飞行器中的氢能应用 …………………………… 123
3 氢电池 …………………………………………… 124

10 地热能和生物质能 ………………………………… 127

1 地热能 ………………………………………… 127
2 地热发电和地热的直接利用 ………………… 129
3 热岩发电 ……………………………………… 131
4 生物质能 ……………………………………… 133
5 用生物质制取沼气 …………………………… 135
6 用生物质制造酒精 …………………………… 138

11 能源与可持续发展 ………………………………… 141

1 酸雨 …………………………………………… 141
2 温室效应 ……………………………………… 144
3 低碳生活和4R ………………………………… 146
4 治理污染与可持续发展 ……………………… 148

第二篇 核 能

12 核能技术的科学基础 ……………………………… 152

1 爱因斯坦的质能方程 ………………………… 152
2 费米与慢中子 ………………………………… 153
3 核裂变的发现 ………………………………… 156
4 核裂变与核能 ………………………………… 160
5 座核反应堆 ……………………………… 162
6 钚的发现和生产 ……………………………… 167

13 核弹 …………………………………………………… 170

1 制造原子弹 …………………………………… 170
2 原子弹爆炸在中国引起的反响 ……………… 174
3 氢弹和中子弹 ………………………………… 178
4 核弹爆炸振国威 ……………………………… 181

14 核电 …………………………………………………… 183

1 核电的发展 …………………………………… 183
2 核反应堆型之一——转换堆 ………………… 186
3 核反应堆型之二——增殖堆 ………………… 190
4 太空核电站和海底核电站 …………………… 194

15 核动力 ………………………………………………… 197

1 核潜艇 ………………………………………… 197
2 水面核舰船 …………………………………… 199
3 核火箭 ………………………………………… 201

16 核聚变 ………………………………………………… 203

1 太阳的能量来源 ……………………………… 203
2 聚变反应的条件 ……………………………… 204
3 受控热核反应的约束 ………………………… 207
4 受控热核技术的发展 ………………………… 209
5 聚变能的开发远景 …………………………… 212

17 放射性污染与防护 ………………………………… 215

1 核电站事故 …………………………………… 215
2 骇人的核弹事故 ……………………………… 222
3 核潜艇事故 …………………………………… 223
4 核武器试验事故 ……………………………… 225
5 核生产事故和空间核事故 …………………… 226
6 中国的核事故 ………………………………… 228
7 核事故分级 …………………………………… 230
8 生活中的放射性 ……………………………… 232
9 环境中的核污染 ……………………………… 235
10 核辐射对人体的危害 ………………………… 236
11 个人对核污染的防护 ………………………… 238

第三篇 放射性技术

18 放射性的发现 ………………………………………… 246

1 贝克勒尔家族的贡献 ………………………… 246
2 居里夫人“捉”镭记 …………………………… 250
3 卢瑟福对放射性物质的探索 ………………… 255
4 放射性气体研究与同位素概念的提出 ……… 259
5 提示原子内部的奥秘 ………………………… 261

19 放射性同位素示踪技术 …………………………… 265

1 放射性同位素的获得 ………………………… 265
2 赫维西与示踪技术 …………………………… 266
3 用示踪技术研究光合作用 …………………… 270

20 工业和农业中的放射性技术 ……………………… 272

1 工业中的放射性技术 ………………………… 272
2 辐射育种 ……………………………………… 273
3 用示踪技术研究植物吸收肥料的过程 ……… 276
4 辐照灭菌与食品保存 ………………………… 278
5 用辐射绝育法消灭虫害 ……………………… 280

21 医学中的放射性技术 ……………………………… 282

1 核心脏病学与放射性同位素电池 …………… 282
2 医学示踪技术 ………………………………… 283
3 放射性消毒法 ………………………………… 285
4 肝脏扫描 ……………………………………… 286
5 癌症的放射疗法 ……………………………… 288

22 时间测量中的放射性技术 ………………………… 290

1 利比与碳- 14 年代测定法 …………………… 290
2 地球年龄的测定 ……………………………… 293

23 放射性同位素的其它应用 ………………………… 295

1 中子活化分析与拿破仑的死因 ……………… 295
2 原子灯 ………………………………………… 298
3 火灾报警装置 ………………………………… 300
4 新型避雷针 …………………………………… 301

能源是人类社会运转的动力。本书介绍了各种能源的发展历程，从煤炭、石油、天然气、电能，到太阳能、风能、海洋能、氢能、地热能、生物质能，并单独介绍了核能的开发历程以及放射性技术的发展和应用，对最新的页岩气和核聚变研究也做了介绍。

能源是国民经济的命脉，但能源的生产和使用也带来了环境污染和气候变化问题。本书介绍各种能源的发展历程，从煤炭、石油、天然气、电能等传统能源，到太阳能、风能、海洋能、氢能、地热能、生物质能等新能源，并单独介绍了核能的开发历程以及放射性技术的发展和应用。其中对煤炭、石油、天然气的介绍包含较多的历史文化知识，读者从对电能、核能、放射性技术的介绍中则可以看出基础研究潜在的巨大价值，进一步认识到科技创新对推动节能减排以实现碳达峰和碳中和的重要作用。