第17-19课现代科学技术和文化：

出于战争和军事的迫切需要，1941年12月美国总统罗斯福批准研制原子弹的“曼哈顿计划”，有来自德、意等国的科学家12.5万人参加，集中全国1／3电力，投资20亿美元。1942年，美籍意大利科学家费米领导的科学家实验小组在芝加哥大学广场上造出热中子链式反应堆，是世界上第一座核反应堆，为人类大规模利用原子能的开始。1945年7月16日上午，美国科学家奥本海默领导的洛斯阿拉莫斯实验室工作人员，在新墨西哥州沙漠成功地爆炸了第一颗威力为2万吨TNT的原子弹。1951年，美国首次实验证明原子能能够发电。1954年，苏联建成第一座核电站。20世纪80年代初，世界上共建成核反应堆729座，核电站230座。原子能作为新能源，正在航海、航天等方面发挥更大作用。

二战之后，美国以外的其他大国也先后制造出了原子弹，打破了美国的核垄断和核威慑。苏联于1949年9月爆炸了第一颗原子弹，1952年1月英国的第一颗原子弹试爆成功，1960年2月法国爆炸了第一颗原子弹，1964年10月16日，中国第一颗原子弹试爆成功。由于原子武器的巨大摧毁性和核垄断的被打破，造成了谁也不敢首先使用核武器的局面，这使得爆发新的世界大战的可能性大大减少了。一方面，在战后，原子能的和平利用问题提到了议事日程上。核能的效率是惊人的，1公斤核燃料（如浓缩铀）所释放的能量相当于2 500吨煤或2 000吨石油燃料，如果将它用于和平事业，那将大大造福人类。实际上，有了反应堆就可以建核电站，这在技术上是不困难的。1954年，苏联建成了第一座小型的原子能发电站，装机容量为5 000千瓦。1956年和1957年，英国和法国也相继建成了核电站。经过几十年的反复摸索和实践，核电技术已经比较成熟了，其成本比火力发电低，正常运转时环境污染也比火力发电小得多，对环境的放射性污染微乎其微。70年代以来，全球出现的能源危机给发展核电事业以更大的推动力，煤、石油、天然气的开采量是有限的，以目前的消耗量计算，石油还能采几十年，煤顶多能采200年。由于人口和经济的增长，对能源的消耗量逐年增加，因此，这一计算还要大打折扣。太阳能的利用目前成本还太高，近期内看不到大规模使用的可能性。相比之下，发展核电是解决能源危机的一个有希望的途径。目前的核电站都是依靠核裂变反应获得能量的，所谓裂变反应是指1个重原子核分裂为2个以上较轻的原子核。但裂变反应会产生大量的核废料，而这些核废料会产生严重的放射性污染。随着核电的发展，核废料会越积越多，到现在为止还没有找到妥善处理这些核废料的永久性办法。这是发展核电事业的一个潜在的危险。为了克服这一棘手问题，科学家们正在探讨利用核聚变反应来获取核能。所谓核聚变就是2个以上较轻的原子核聚合成1个较重的原子核，在这个过程中会放出远大于裂变反应所放出的能量。天文学家发现，太阳上80%是氢，如果太阳能真是核反应提供的，那么，这种核反应很可能就是氢核聚变。1938年，一个美国物理学家证明，在太阳的高温下，失去了电子的氢核会结合成一个双质子，但这种核并不稳定，其中一个质子会马上放出一个正电子而变成中子，使双质子核变成氢的同位素氘，在高温动能的驱使下，两个氘核又会合成一个氦核，并放出巨大的能量。这种反应不仅能量更大，而且反应的生成物是稳定的元素，没有放射性污染。但是，核聚变反应的超高温条件是人类在地球上所达不到的。要想在地球上使氢发生聚变，需要10亿度以上的高温。1944年，著名物理学家费米指出，用氢的同位素氘和氚做燃料，只需5 000万度就可以发生核聚变，这样的高温在实验室里还达不到。但在第一颗原子弹爆炸以后，人们立即想到，可以利用裂变反应所产生的超高温来实现核聚变反应，这就是氢弹的原理。1952年和1953年美国和苏联分别爆炸了第一颗氢弹。中国在原子弹研制成功后也爆炸了第一颗氢弹。与裂变反应不同，聚变反应的原料氘就存在于普通的水之中，而海水在地球上取之不尽，用之不竭，据统计，一桶海水中能提取的氘的能量相当于300桶汽油。可见，一旦核聚变能被利用起来，将使人类彻底摆脱能源危机。

资料：电子计算机的发展

第一台电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫克莱负责研制成功的。第二次世界大战期间，莫克莱教授受命为美国的阿伯丁试炮厂制定火力表，每天用计算机不停地计算各种弹道，深感改进计算机之必要。1942年，他提出了试制电子计算机的方案，次年得到空军的支持。经过近三年的努力，花费了48万美元，终于在1945年年底制成了世界上第一台电子计算机，它的名称是“电子数值和积分计算机”，英文缩写名为埃尼阿克（ENIAC）。1946年2月15日举行了公开表演，1947年运往阿伯丁做科学计算。这台计算机使用了18 800个电子管、1 500个继电器、几千个其他电器和电子元件，运算速度比同期的计算机可快1 000倍。但它的体积庞大，占地170平方米，重30吨，工作耗电150千瓦，电子管常常被烧坏而停机检修，计算也不够精确和稳定。更为不利的是，它的存储容量仍然太小，而且工作程序是“外插型”的，为了解题所需要的电路联通，往往要几个人用几天时间去做接头工作，而计算只要几分钟就够了。为了克服以上弱点，1946年，美国数学家冯诺意曼提出了新的改进方案，改进的方面分别是：一是用二进制代替十进制，进一步发挥电子元件的速度潜力，二是将程序存贮起来，使运算的全过程均由电子自动控制，进一步提高运算速度。1949年，根据这一方案制造的冯诺意曼机在英国剑桥大学试制成功。以后，电子计算机进入工业生产阶段，世界各国相继推出了自己的电子管计算机。随着电子技术的发展，计算机也出现了数次较重大的变革。电子管计算机属于第一代，晶体管计算机属于第二代，集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路计算机分别属于第三、四、五代计算机。为了解决早期计算机体积大、重量大、功耗大的缺点，晶体管一问世，就被用于研制新一代的电子计算机。1959年，美国一家公司造出第一台晶体管计算机，运算速度达到每秒几十万次。1961年，美国IBM公司生产的一台大型电子计算机，运算速度达到每秒百万次。由集成电路和大规模集成电路组成的第三代和第四代电子计算机，其速度更快，存贮量更大，体积更小，价格更低。1964年4月，IBM公司研制和生产的3 690系列计算机，标志着第三代计算机的开始，它的速度达到每秒千万次。20世纪70年代，由于大规模集成电路的问世，使得微型计算机迅速发展起来。到1980年，全世界拥有的微机超过1亿台。微机进入各个生产环节，并开始向办公室和家庭渗透。进入20世纪90年代，发达国家的微型电脑，已经像彩色电视机一样普及了。电子计算机的另一个发展趋势是巨型机的发展。1976年美国CDC公司研制的巨型计算机的运算速度达到每秒2.5亿次。从80年代初开始，超大规模集成电路计算机的研制也提上了日程。美国和日本都制订了规模庞大的研制第五代计算机的计划，并付诸实施。第五代计算机的研究方向是突破第一至第四代计算机的冯诺意曼原则，采用新的元件、新的记忆存储方法和程序语言，把运算速度提高到每秒千亿次以至万亿次，不但能处理各种数字、符号、图像、声音及其相互转换，还能直接听懂人的语言，实现人机对话。人们预言，第五代计算机在不远的将来会取得重大突破，成为名符其实的“电脑”。

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