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发信人: grh (月亮), 信区: Physics
标题: 续一
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年08月03日13:14:00 星期天), 站内信件

第一座反应堆的研制成功，其意义是重大而深远的，它不仅直接导致了第一颗子弹的爆炸
，还在于建造了原子能反应堆.从此，人类找到了开发原子核能的一条基本途径，为人类的
能量来源开辟了崭新的天地.在和平利用原子能方面，核电站的建成是其中的一个主要标志
.1954年6月，原苏联建成了第一个小型原子能发电站，首先突破了核能源实际有效利用的
新技术；1956年英国建成第一座天然铀石墨冷气发电、产钚两用堆；1957年12月美国也建
成了实验性压水堆核电站.20世纪50年代，各国核发电站的发展基本上是实验性的，主要是
探索它在技术上的可能性；60年代以后，核电站进入了实用阶段，上述几种主要堆型技术
越来越成熟，优越性也日益显露出来，其中轻水堆是目前世界核电站中占首位的堆型，装
机容量约点全部核电站总容量的80%；到了70年代，其单堆功率已从第一代的20万千瓦左右
提高到130万千瓦，发电效率有很大提高，平均燃耗、发电成本大大降低；从70年代中期起
，各国核电站的发电成本已普遍比火电站低，核电站的可利用率已同现代最新的火电站相
当，而实际运行的负荷因子已高于火电站；截止到目前，欧洲一些国家核电在整个能源中
所占的比例超过50%，法国高达78%.核能在世界能源中的地位和作用在不断地增长，核电站
在今后仍将有更大的发展.
核技术的开发和利用是很复杂的综合性设施，它涉及到许多学科、工业部门和多项新技术
.显然核物理学是最必要最重要的基础学科之一；而核反应堆、核电站、核武器的研究、设
计、制造、调试、试验、运行以及更新换代的过程中，又推动了核物理的发展.核物理的发
展，不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据，从而提高了核能利用效率和经济效益
，并为更大规模的核能利用准备了条件.
二、从“光量子假说”到激光技术
1900年12月24日，在德国物理学会的年会上，普朗克宣读了他的“关于正常光谱的能量分
布定律的理论”论文，提出了一个革命性的思想光量子假说.1916年，爱因斯坦在旧量子论
的基础上提出了受激（感应）发射的概念，并在他的论文“关于辐射的量子理论”中首次
给出了能态之间跃迁的新认识.他认为，在气体分子（普朗克谐振子）的能态跃迁中，存在
两种不同的辐射过程：一种是由高能级到低能级的自发辐射，一种是由于频率响应从高能
级到低能级的受激辐射.受激辐射概念的提出，实际上已为激光器的发明奠定了理论基础.

1921年，美国赫耳发明的磁控管能产生微波振荡，使人类开始了微波的研究；1924年物理
学家托耳曼根据原子、分子系统内激发态上粒子数分布的情况，指出可以得到负吸收或放
大，并在实验中观察到了这种机制引起的吸收系数的变化；1928年，拉登伯格和科普夫曼
在气体放大的色散测量中，观测到由于受激辐射所引起的负色散现象；1934年，美国的斯
勒特和维维里曼做了波长1～4cm的各种磁控管，将产生的微波射向充有氨气（NH3）的橡皮
球，发现氨分子在1.3cm波长处有强烈的吸收，这是用相干振荡器发现电磁波和分子相互作
用的最早实验，也是电磁波谱学的最早实验；1938年，捷尼克在计算各种干涉条件下的光
束强度中提出“相干度”的概念.应该说，所有这些研究成果都有助于认识受激辐射概念的
实际意义.
1939年，法布里坎特在讨论气体放电的发光机理时，提出用实验来证实负吸收的存在，他
分析了由负吸收产生光放大的可能性，以及由此所引起的光强度和方向性增加的问题.他根
据拉登伯格发现的吸收系数、爱因斯坦系数与粒子数分布的关系指出：要使辐射通过介质
不但不衰减而且还要放大的话，必须实现粒子数反转.法布里坎特的这一见解，是从爱因斯
坦受激辐射理论向构思激光器技术原理迈出的极为重要的一步，因为它指出了产生激光的
最重要的条件.
1946年，美国和英国几乎发现氨分子谱线中的精细结构和超精细结构，并开始了微波波谱
学的研究；1950年，卡斯特勒提出用“抽运”方法实现粒子数反转的设想；1951年，珀塞
尔和庞德在美国哈佛大学研究核磁共振时，第一次在实验上用核磁共振实现负温度状态.同
年，物理学家汤斯首次提到实现微波受激放大的可能性，他设想用分子而不是用自由电子
来实现微波放大，如果使处在微波激发态的氨分子数大于处在低能态的氨分子数，则受激
发射就会占优势，于是能观察到微波发射谱，并可能放大.1954年，汤斯等人成功地制成了
氨分子激射器，共振频率为23.87GHz（波长1.25cm），功率为10-8W，这是实验室内最早观
察到的微波分子发射谱，氨激射器是世界上第一台“辐射的受激发射微波放大”的装置，
简称“脉塞”（Maser）.

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