《物理故事三百篇》221-230

1、221氢弹能消灭台风吗据联合国统计：每年平均有80100次台风横扫世界各大洋，使大约2万人死亡，造成6070亿美元的损失。大约有50个国家处于台风威胁之下，其中菲律宾的7000个岛屿平均每年受到台风袭击不下19次之多，是世界上遭受台风袭击最频繁的国家。据记载，1979年，名为“戴维的飓风，使多米尼加的全年香蕉收入在短短的几小时内损失85%；“费德里克飓风使美国损失20多亿美元。太平洋的台风区以及孟加拉湾和阿拉伯海的热带气旋区遭到的损失，已从19521963年间平均每年5亿美元猛增到19651978年间平均每年近30亿美元，14年总共损失高达360亿美元。这是多么骇人听闻的数字啊！台风席卷到哪里

2、，哪里就出现灾难。难怪多少年来，世界各地的气象专家或者气象爱好者，接连不断地提出建议：用一种方法来消灭台风，至少也要削弱它！第二次世界大战以后，有人建议用氢弹的无比威力来“炸毁台风，甚至连发射氢弹的运载工具也找到了：用新式火箭或飞弹把氢弹发射到台风中去。提出这个建议的人，愿望是好的，只可惜他对台风的能量和氢弹的能量究竟哪个大？两者相差多少？可以说是一无所知。比方说，1946年，在比基尼试验的原子弹水底爆炸，曾举起大约有0.1亿吨的海水。但是，有一个台风经过波多黎各时，在数小时内竟获得了25亿吨水，两者相差250倍！据计算，一个中等台风在24小时内释放出来的水分可达200亿吨。因此，气象学家认为

3、，巨大的氢弹能量还远不能和台风相比，也就更不可能用来消灭台风。1955年，美国气象局制订了“国家飓风研究方案，并于1960年制订了“狂飙风方案，即人工影响台风的具体方案又称削台试验，并提出了“狂飙风假说。根据狂飙方案和假说，就选择在台风狂风暴雨的附近云中气温在040的地方进行试验性的作业。作业的方法与人工降雨方法几乎一样，即向具有大量冰期和过冷水滴的云中播撒成百千克的催化剂银碘化银。我们知道，1克碘化银可产生10121014个冻结核，随之在云中形成许许多多的冰晶，水滴冻结时将释放大量的潜热。大量冰晶的出现，反过来又成了剩余过冷水滴的有力竞争者。通过冰水角逐，大量过冷水滴经蒸发、冻结而转化为冰晶

4、。在转化过程中又释放出大量潜热，使空气增温。加热的空气在浮力作用下迅速上升，膨胀冷却，使更多的水汽凝结或凝华，而进一步释放出潜热。从1961年以来，陆续进行试验。通过屡次试验，看来削台试验是可行的。风速下降1015%，这不是小数字。风力变化是风速变化的两倍，即 50米/秒风速的风力是 25米/秒风速的风力的4倍。风吹动便产生风压。强大的风压造成了巨大的破坏力。一个32米/秒风速的台风每平方米建筑物正面所承受的风压就有 230千克；如果遇到一堵高 5米，宽 10米的墙，台风将以10吨左右的压力冲击墙壁；一个以100米/秒速度行进的台风，每平方米建筑所承受的风压就在2吨半左右。这样强大的风压，其摧

5、毁力就十分可怕。因而，风速减少1015%，可使风力减小2035%。而且从试验的实况来看，损害减少程度更大。例如，1971年，美国又对一个飓风进行了试验，台风最大风速从50米/秒减至45米/秒，估计可使财产损失减少65%。222核电站爆炸1986年4月26日清晨1时23分，苏联切尔诺贝利核电站发生了一起严重的爆炸事故，引起了全世界的密切关注。切尔诺贝利核电站位于乌克兰首府基辅市东北的普里互季河右岸，距基辅130公里。这座核电站使用的是压力管式石墨慢化沸水堆。正在运行的有四套组。据报道，整个核电站工作人员约1000人。据苏联?真理报?在事故后10天的报道称“该电站第四号机房发生爆炸，毁坏了反响堆机

6、房建筑物并引起了火灾，放射性物质外泄苏联部长会议副主席谢尔比纳在记者招待会上说：“最大可能是反响堆没有设置平安壳，一旦发生事故，那么无法阻止放射性物质直接向大气排放。苏联塔斯社在5月14日发布的消息说，在这次事故中死亡7人，因受核辐射致伤的共299人，其中35人处于严重状态。苏联国家水文气象和自然环境监督委员会称，核电站失事后，这个地区辐射强度最高曾到达15毫伦1小时。核电站周围地区居民约5万人，从26日晨开始撤离这一地区。泄漏的放射性尘粒被当时的东南风吹向北欧诸国，瑞典于4月28日首先发现大气里放射性温度比正常高出510倍，丹麦、芬兰、挪威、德国，而后法国、奥地利及波兰等国也相继发现了空气中

7、的放射性污染，这样就造成下风向大面积的放射性污染。事故的后果是严重的。分析来看，事故现场至少有百余名工作人员受到不同程度的损害，其中可能包括高剂量核辐射的受照者以及其他复合性损伤。对这局部人员的救治，凡受中等剂量例如200拉德照射的，根本可治愈。受照剂量较高者600拉德以上，那么需采用包括骨髓移植在内的特殊治疗。倘假设措施得当，多数受害人员可获得较好的治疗效果。撤离核电站周围的居民，推测他们所受照射多数不超过2550拉德，对这局部受照者除血相可有一过程改变外，不需任何治疗可自行恢复，对健康不致产生明显的影响，但远后效应致癌和遗传效应的机率将有所增加。对放射性尘埃飘落的下风向地区，虽然辐射程度较

8、正常本底高510倍，假假设核反响堆释放放射性物质已被控制，那么这样的辐射剂量不致给人类健康带来明显的危害。值得提出的是，放射性尘粒中包含有短寿命的放射性铯等。它们污染水源，沉积在地面，可通过生物循环生物链再次进入人体。这就需要采取较复杂的防护措施，有的需要待其蜕变，才可能消除其污染的后果。这次事故给人们以深刻的教训，说明在核电站的建设中，从选址、设计、施工、安装、调试及运行的各个环节上必须对平安给予高度重视，同时还应有事故预想方案及事故发生后的应急措施，这样才能充分利用核能的优势，将其潜在的危害加以控制。但另一方面，我们也应对核电应用给予全面分析。纵观核电站建成以来，从1957年发生第一起事故

9、，至今共发生六起重大的核事故。根据国际原子能机构统计，到1985年底已建成运行的核电站共374座，事故发生机率为6/374，仅占1.6%。为了便于了解核电站的潜在危害，现将常规能源系统的几种电厂的危险性加以比拟分析那么：煤石油风力太阳能核能甲醇天然气，可见损失最小的能源发电是天然气，其次是核能。核电站对人身造成的伤害仅是相同的电量煤电危害的0.55%。核电站虽具有潜在危害，但与其他能源如煤电厂相比，还是一个清洁的平安的能源。因此，面对苏联核事故的危害，我们一方面要从中吸取经验教训，注意平安，但同时不应产生任何恐怖心理，更不应对我国核电开展远景及方案持任何疑心态度。223价值千金的重水1939年

10、，法国物理学家约里奥居里和他的同事们正在从事原子能研究，第二次世界大战爆发了。德国法西斯发动了闪电般的攻势，1940年5月入侵荷兰，紧接着占领了比利时，矛头直指巴黎。那时候，在约里奥的实验室里保存着200升重水。他们非常担忧这些珍贵的液体会落到侵略者的手中，就把它秘密转移到一座监狱里藏了起来。不久，法国政府向纳粹德国投降了。为了不让重水被纳粹党徒抢走，在约里奥的安排下，物理学家哈尔本和柯瓦尔斯基冒着生命危险，带了这些重水从波尔多乘船逃往英国。那天，共有三艘船由波尔多港起航，一出海就被德国空军炸沉了两艘。德国人知道重水被偷运走了，气得暴跳如雷。他们质问约里奥：“你的同事乘哪条船逃跑的？约里奥沉着

11、机智地说出了被炸沉的一艘船的名字。德国人就没有追究。其实，哈尔本和柯瓦尔斯乘坐的那一艘船没被炸沉，200升重水幸运地保存下来了。1940年秋天，德军侵入挪威，占领了那里的一座世界上唯一的制造重水的工厂。英国政府获得这个情报，立即组织突击队，不惜一切代价炸毁了那座工厂。重水是什么？为什么人们这样重视它？通过实验，我们知道，水在电流的作用下，能分解成氢气和氧气。但是在电解水的过程中，有一个奇怪的现象，就是电解到最后，总剩下少量的水，无论怎样都不能再分解了。直到1932年，美国物理学家尤雷用光谱分析发现了重氢，人们才搞清楚，这难以电解的水，原来是由重氢和氧组成的。普通的氢原子也叫做氕，它的原子核就是

12、一个原子，原子量为1。氕与氧结合，成为普通的水，它的分子量约为18。重氢又叫做氘。氘的原子核比普通的氢原子核多一个中子，原子量是2。氘与氧的化合物也是水，不过它的分子量是20，比普通水大约要重10%，所以叫做重水。为什么有那么多国家的科学家这样重视重水呢？因为重水有一个重要的特性，它在原子核反响堆里能降低中子的速度，又几乎不吸收中子，是最好的中子减速剂。只有经过减速以后的中子，才能够有效地使铀235发生裂变，促使核裂变反响能够不断地进行，当时，有些国家在设法制造原子弹，没有中子减速剂就不能进行原子核裂变的试验。可是，制取重水又非常困难，因为它在水中的含量只占百分之一点五，平均大约每7吨水里，才

13、有1公斤的重水。要是采用电解的方法制取这1公斤重水，就得消耗3倍。难怪重水这么珍贵，价值千金！224卢瑟福“画的原子模型1910年，英国曼彻斯特大学里，卢瑟福领导下的实验室发生了一件意料不到的事，竟然无意之中促成原子模型图的成功。事情经过是这样的：一天下午，青年助手盖革问卢瑟福，是否可以在放射性方面做点工作；同时让刚来的助手马斯登也一起参加。卢瑟福同意并建议他们用粒子去轰击金箔，看看穿过金箔的粒子向什么方向飞去。原以为这个实验纯粹是练习性的，没有多大意义。因为当时的科学家认为原子就像一只葡萄干面包。原子内部的负电荷电子就好似葡萄干；正电荷好似面粉一样是均匀连续分布的物质。按照这种想法，可以预料

14、：金原子里的电子根本无法抵挡住比它重几千倍的粒子炮弹；金原子中的正电荷物质虽然有同相匹敌的质量，可惜它是均匀地分散在整个原子空间，也不会有什么了不起的抵挡力。所以，射向金箔的粒子将继续向前飞去，最多稍微改变一下角度。盖革和马斯登遵照老师的意见，着手准备这项练习。整个实验装置非常简单：作为炮弹的粒子由藏在一只铅室里的放射性元素供应，它们的轰击目标是一张极薄的金箔，在金箔的后面放了一个可以改变方位的闪烁屏，只要粒子撞到屏上，便马上发生一次闪光。盖革和马斯登两名炮手，躲在一架低倍显微镜后面观察着这种微弱的闪光，并记下闪光的次数和角度。第三天，卢瑟福正在自己的办公室里看书，突然盖革冲了进来，惊慌地报告

15、：“我们竟然看见好几起粒子被金箔弹回来了！这真是难以置信的消息。这等于告诉你用一枚重磅炮弹去轰击一张报纸，炮弹竟然被报纸弹回来了那样荒唐。卢瑟福很快恢复了镇静，这里面一定有微妙。如果这两位学生没有看错的话，莫非是我们以前对原子的看法有问题？卢瑟福紧张地思考了几个星期。他想，原子中的电子是早就被人观察到了，但是原子中连续分布的正电荷物质，却从来也没有露过脸。原子里的正电荷难道不是均匀分布，而是集中在一个很小的核心上？因为只有集中了原子质量90%以上的正电核心，才可能有足够的力量来抵挡那些凑巧撞在上面的粒子，并把它们弹回去。按照这个想法，卢瑟福计算了粒子穿过原子后面各个方向飞出去的次数，计算结果同

16、盖革、马斯登的测量结果完全一致。在1911年2月，卢瑟福写了题为?和粒子物质散射效应和原子结构?的论文，正式提出了被后人称为卢瑟福的原子模型。虽然，这个模型以后又被进一步的研究所改良，但是卢瑟福模型的提出开创了原子物理的新纪元，所以今天人们常常用这个模型的图案作为近代物理学的一个标志。225苏联核动力卫星在加拿大坠毁1980年11月21日，加拿大外长马克麦圭根宣布：苏联将向加拿大赔偿300万加元，以补偿苏联核动力卫星在加拿大坠毁所造成的损失。这到底是怎么一回事呢？1978年 1月 24日凌晨4点多钟，突然，一个巨大的熊熊燃烧的火球在加拿大的黄刀市上空降下，转眼之间，它消失在冰雪覆盖的苍茫大地上

17、。这个“怪物就是苏联 1977年 9月 18日发射的核动力军用侦察卫星“宇宙-954号。“宇宙-954号重达5吨，载有核燃料45公斤。为了消除放射性可能造成的污染，加拿大国防部和原子能控制局当天下午就派出军队和科研人员前去调查。根据电子计算机运算结果，“宇宙-954号卫星重新进入大气层时曾经飞越黄刀市上空。穿过大奴湖，朝着东北方向的贝克湖坠落。这是一条长800公里，宽50公里的狭长冰川雪原，加拿大科学家要在此进行搜索，是十分艰苦的。搜索工作分两个阶段进行。第一阶段从1月24日到4月中旬，加拿大空军派出了3架装有放射物质测量仪的运输机进行分段空中搜索。1月30日，搜索队员在飞机的指引下，冒着严寒

18、在大奴湖东端找到了这个卫星的残骸，它以每小时200个伦琴的强度污染着周围环境。对此，加拿大原子能控制局现有的原子防护铅桶都不能保证有效的保护，他们赶制了一个特殊的容器。2月4日上午，在国防部长丹森的监督下，用直升机把一个500公斤重的特制铅桶运到大奴湖，人们使用长柄钳子小心翼翼地把那个可怕的“怪物装入铅桶中。搜索工作的第二阶段从7月中旬至10月中旬结束。搜索队在西北区的冻土带、沼泽地和灌木丛以及一些中小城镇和居民区，搜索那种细小的、肉眼看不见的放射性微粒核反响堆的裂变物质。10月18日，加拿大原子能控制局宣布，找到了卫星残骸75公斤，大小不等的放射性碎片约3000个。为了找寻这颗卫星的残骸，加

19、拿大花费了1480万加元。根据联合国1972年通过的?空间实体造成损失的国际责任公约?规定，发射国对受害地区应负赔偿的绝对责任。所以，苏联才向加拿大赔偿局部损失。226干净的武器1977年7月13日，美国参议院授权总统卡特着手生产一种中子武器，来对付苏联的军事威胁。这种中子武器叫中子弹。中子弹在国际上引起了很大的争论，反对的意见很多。支持的人说这是一种“干净的武器，不会引起核污染；反对的人说，这种武器杀伤力太大，违背人道主义。中子弹究竟是一种什么武器呢？原来，普通的原子弹和氢弹产生巨大的杀伤力和破坏的因素有四个：冲击波、光热辐射、放射性污染以及由伽玛射线和中子流产生的贯穿辐射。前面三个因素，会

20、大量破坏建筑物，会引起大火，同时，造成大面积的放射性环境污染，短时期内不易消除，所以，从它们一诞生，就不断受到舆论的谴责。而中子弹，它主要靠辐射出来的中子流对生物起杀伤作用。在中子弹爆炸地点的人或动物，如果没有任何防护，不消几分钟，身体里的细胞就会因为电离作用而被破坏，立即死亡。在半径200300米的范围内，中子流甚至可以轻易地穿透坦克钢板和钢筋混凝土建筑物，杀伤里面的人。因为中子弹并不破坏建筑物，也不产生放射性污染，所以有人说中子弹是一种“干净的武器。其实，它照样有冲击波、光热辐射和放射性污染，只不过程度相对地减弱了许多。中子弹实际上也是利用聚变反响原理制成的，它比氢弹要小。真正的“纯中子弹

21、，不能用原子弹的裂变反响去引爆，而需利用诸如大功率激光等其他方法产生高温去触发氘和氚，使它们发生“纯聚变反响，这样就可以防止放射性污染。不过，目前生产的中子弹据说还是用原子弹引爆的，只是在结构上进行了改良，使爆炸时候产生的能量尽可能少地转变为冲击波和光热辐射，尽极大努力加强中子辐射。所以，目前中子弹也叫“强辐射武器。一颗当量为1000吨梯恩梯的中子弹，辐射强度可以提高到相当于一颗当量为1万吨梯恩梯的氢弹。中子弹杀伤力虽然很大，但是只要有1米厚的泥土遮挡，辐射强度就降到3%。所以，中子弹也不是不可防御的。228不知疲倦的火警监视哨巴西名城圣保罗繁华大街的交叉路口，有一座豪华的31层“安的斯大厦，

22、里面都是各大公司的办公室。1972年2月24日下午，五层楼突然起火。大火迅速向上蔓延，火焰高达100米，宽40米。扑到街上15米长的火舌，立即烤着了周围的高楼。出动了32部消防车和两架直升机，才把大火扑灭。在这场火灾中，有19人死亡，300多人受伤，财产损失达200多万美元。随着城市的现代化，高楼大厦越来越多。在这种高层建筑中，一旦发生火灾，蔓延极快，烟火在垂直方向上流动速度可达每秒几米，几分钟内就可腾冲上十几层，几十层的高楼。美国文考夫饭店大火，由3层直烧到15层，楼上人员下不来，消防人员上不去，造成119人死亡，死伤人数超过旅客总数的70%。为此，人们十分重视大城市的火灾报警。在形形色色的

23、，现代化火灾探测器中，最有前途的是放射性同位素镅-241“离子感烟式探测器。这种探测器的原理是简单的：镅-241可以不断地放出射线，射线使空气分子电离成正负离子，在电压的作用下，空气离子导电产生一定大小的电离电流。一旦室内出现火情，产生的烟雾的微小颗粒把空气离子吸附在自己的周围，使离子的运动速度大大减小，从而改变电离电流的大小。这个变化转换成声光信号，便可以到达报警的目的。整个探测器很小，犹如一个精巧的乳白色小茶杯，镶嵌在天花板上。这个小小的“哨兵，日夜监视着几十到100平方米房间内的火情。大厦里每个房间的火警探测器都把信号集中传到控制间。有的装置不仅可以及时发出警报和指示火警目标，而且可以同

24、时启动电视监视系统，自动启动火灾房间里的灭火装置，自动关闭门窗以隔绝空气等等，1976年的某一天，北京饭店新楼16层，一个房间里的旅客睡着了，烟头燃着了被子，满房烟雾腾腾。就在这千钧一发之际，“火情监视哨发出警报，效劳员应声而入，及时把火扑灭。这就是放射性同位素火警报警器立下的汗马功绩。这种小巧的火情报警装置价格廉价，灵敏可靠，使用平安，不会产生放射性污染。大型旅游饭店、剧场、人员密集的火车站、候机室，以及博物馆、档案馆、银行、计算机房、大型飞机、远洋客货轮、贵重物品金库等重要场所，都得越来越多地请这种看不见的射线来为我们“站岗放哨。229拿破仑悬赏一万二千法朗18世纪末叶，不可一世的拿破仑指

25、挥金戈铁马在疆场上所向披靡，视敌如草莽，然而对细菌和微生物却束手无策，远征的士兵吃了食物上吐下泻，锐气大减，于是拿破仑悬赏一万二千法朗，鼓励人们创造一种保藏食品的新方法。当时一位名叫尼左拉阿培尔的工人，经过10年努力，于1804年研制出一种新的保藏食物的方法。这种新方法就是预先将食物加热，再装入广口瓶内，用软木塞住瓶口，置于沸水锅中加热，至瓶内食品沸腾3060分钟后取出，趁热将软塞塞紧，再用线或涂蜡密封瓶口，这就是最初的罐头。阿培尔的创造很快就传到欧洲各国，一种新兴的食品工业便随之开展起来。1823年马口铁皮开始大批生产，使罐头食品又有了新的突破。但是，铁皮罐头存放时间长了，含锡量会大大增加，

26、所以，也不宜存放很久。于是，近年来又出现了食品储藏的新技术辐射储藏。这种新技术利用放射性同位素放射出来的射线照射食品，使得食品可以在比拟长的时间里保持新鲜不变质。因为放射性同位素发射出来的射线，有杀虫、灭菌的功能，也有对某些生理活动的抑制作用。据统计，在消毒条件下屠宰的新鲜牛肉，每1克里含有100个菌落，到了零售商店里，每1克牛肉里含菌落高达5000万个。而鲜牛肉经过射线照射以后，90%以上的菌落会被杀死。如果加大射线照射的剂量，还可以完全消灭食品里有害的微生物，成为真正对人体无害卫生食品。射线还可以改变生物体的生理生化活动，延缓生物体的自身新陈代谢，抑制蔬菜发芽、腐烂。一般情况下，土豆、洋葱等储存两个多月就过了休眠期，开始大量发芽，营养价值逐渐降低。如果把土豆、洋葱等用一定剂量的射线照射以后，储存78个月，也不会发芽、腐烂。研究结果说明，用射线照射过的食品是没有放射性的。因为食品根本没有同放射源接触，只受到放射源放出的射线的照射，这就好似我们透视的时候，被X射线照一下一样，食品不会因此被放射性物质污染。另外，要使食品中的碳、氧、氮等元素，发生原子核反响，