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迭部森林开发利用利弊浅谈及对策建议: ghzcljz 2018-10-13 10:21; 来源：《林业资源管理》 1999 年第 02 期　迭部森林开发利用利弊浅谈及对策建议虎英海（甘南州农林局 747000 ）摘要：用大量的数据和实际工作多年的第一手资料，详细论述了甘肃迭部林区森林资源开发利用的历史、现状、存在问题、原因分析及解决办法。迭部林区地处长江流域，是甘肃省最主要的木材生产基地。保护好这片森林不仅对迭部的当代经济发展、生存环境以及子孙后代的生息有举足轻重的直接关系，而且对甘肃乃至长江上游的水土保持、水源涵养、生态平衡、环境保护都有不可忽视的作用。林区开发三十年来，特别是八十年代后期以来，由于过量采伐，加之经营上的问题等导致整体森林资源锐减，部分地方已出现枯竭，局部植被遭到严重破坏，自然灾害频繁。为了能够全面掌握该林区采伐、运输、营林等基本状况，我们花了较大的精力和时间，深入到全县范围内二十几条大小沟系，五、六十个伐区的近百个林班，车行 1500 公里，步行 300 多公里，采取实地踏察和录像的办法，进行了认真细致的现场调查。同时，查阅了解森林、植被、水系、水文等方面的有关资料，就林区生产经营、林政管理及水土流失、森林环境变化等方面进行了调查研究和分析。一、境内原有森林资源状况及开采情况根据六十年代调查资料，迭部林区有林地平均每亩蓄积 17.46 立方米，其中用材林 24.29 立方米，防护林 10.24 立方米。据 1986 年甘南林区森林资源二类调查资料，迭部境内森林总蓄积量为 5189.64 万立方米，平均每亩 16.87 立方米。其中用材林每亩 19.09 立方米，比六十年代减少 5.2 立方米，总蓄积量减少 1599.2 万立方米，该林区用材林中成过熟林面积 119.67 万亩，蓄积 3163.30 万立方米，分别占用材林面积、蓄积的 89.7 ％和 97.5 ％。迭部林区森林的开发利用是从建立森工企业开始的。 1957 年成立迭部经营站。 1964 年以来，舟曲林业局在迭部县境内设场开采，兰州木材队在白云一带采伐。 1968 年建立迭部林业局，并相继建场作业。 1980 年，甘肃省委批准迭部县实行“以林为主”的生产方针，成立了县林业公司和地方林场，将部分森林划给地方经营。迭部林区森林资源消耗情况可分为三个阶段：第一阶段， 1964 年至 1975 年。这期间，以舟曲林业局在迭部境内的林场和兰州采伐队在白云地区的采伐为主。 1969 年迭部林业局成立后采伐量大大增加，平均每年生产木材近 23 万立方米， 10 年计 230 万立方米；第二阶段， 1976 年至 1989 年。这一阶段林场增多，采伐量进一步增大，七十年代后 5 年中，平均年采伐量为 24 万立方米。进入八十年代后，虽然逐步采取限额控制的办法，但“限额”执行不严，实际采伐量反而增加，全林区年木材生产高达 30 万立方米以上。 14 年中，共生产木材约 390 万立方米； 1990 年至目前为第三阶段。这一阶段，由于一些政策和资源配置方式的大转变，市场导向的作用和金钱诱惑等因素，大大加速了森林资源的消耗， 6 年中，共生产木材约 240 万立方米。森林资源的减少是非常明显的，根据 1984 年该县农业区划资料， 1975 年全林区年生产木材量 21.93 万立方米。按迭部林区生产 1 立方米木材实际消耗 2.27 立方米活立木蓄积计算，则平均每年消耗森林蓄积 49.79 万立方米，年森林消耗率为 1.098 ％。而全林区森林生长率为 1.43 ％，枯损率为 0.67 ％，净生长率为 0.76 ％。以总蓄积 5189.64 万立方米计算出年平均净生长量为 39.55 万立方米 ( 其中用材林年净生长量 25.35 万立方米 ) 。消长相抵，森林资源消耗量超过生长量 25.9 ％（以用材林计算，则超采率达 96.4 ％）。由此可以计算出：森林资源在 1984 年以前的 18 年中，平均每年以 10.24 万立方米的速度减少 ( 这里还不包括超方、林区筑路和社会性消耗等 ) 。 1984 年以后，由于专项特批材种、内部小票出境、加上超方运输等，森林的实际采伐消耗处于逐年增加之势。特别是进入九十年代，由于市场机制的作用，金钱、利益的诱惑等，实际消耗量的增长趋势加剧。以 1995 年为例，全林区商品材限额计划为 15.56 万立方米， 1994 年结转 9476 立方米，合计为 16.5 万立方米。经较为详细调查，当年票证反映的外运材数量为 20.09 万立方米，实际外运木材总量为 29.75 万立方米 ( 不包括检查站未登记而无法统计的一些数据 ) ，比限额计划超出 14.19 万立方米，比票证反映的数量超出 9.66 万立方米。另据统计推算， 1995 年民用材、生活用薪材以及其他社会性消耗用材接近 8 万立方米，加上与外县接壤的林缘地带被蚕食偷运的木材近 5000 立方米，全林区年消耗木材约 38.25 万立方米，消耗森林蓄积约 86.83 万立方米，是全区用材林年净增生长量的 3.5 倍多。消长相抵 (86.83 － 24.73) ，用材林消耗超过生长量的 251.4 ％。迭部林区森林采伐三十年来，共生产木材约 900 多万立方米，消耗森林资源 2043 万立方米，占总蓄积的 2/5 ，是用材林总蓄积的 2/3 。资源消耗面积达到 121.1 万亩 ( 每亩蓄积平均按 16.87 立方米计 ) 。而迭部森林三十年的净生长量为 1186.5 万立方米，只占总消耗的 58.08 ％；森林净生长面积为 70.33 万亩，仅占资源消耗总面积的 58.07 ％。也就是说，三十年来， 50.77 万亩面积上的森林已砍伐贻尽。森林总消耗量占净生长量的 172.19 ％， 30 年消耗了 51 年的森林资源增长量！迭部林区用材林中成过熟林的面积和蓄积分别占到 90 ％和 97 ％。这种林分结构，眼前可获得较高经济效益，但做到青山常在、永续利用则困难很大，必须做到科学合理采伐，高度重视和加强更新造林，才能逐步调整林分结构。但实际更新造林情况与要求有相当差距。统计资料表明， 30 年间全林区采伐迹地面积约 45 万亩，更新面积为 32.64 万亩，占采伐迹地的 72.53 ％；各种造林面积 22.11 万亩，保存率最高也为 70 ％左右。各种植苗造林成活率最高 80 ％，到目前，实际郁闭成林面积也只有 8 万亩左右，占迹地更新面积的 24.51 ％，与净消耗森林面积 56.47 万亩相差数倍，导致可采林木急剧减少。根据《森林法》关于林种划分的规定，八十年代中期，将该区域内的森林划分为防护林和用材林两个林种区，用材林占 40 ％。白龙江两岸的山坡和高山灌木林为水源涵养林，坡度在 35 度以上的山坡林为水土保持林，城镇、村庄附近的森林为风景林，只有坡度 35 度以下的森林才为用材林。但现在的状况是：过去村前庄后、农田周围、河道旁的护村林、防护林以及风景林中相当部分已经荡然无存，全林区各沟沟岔岔，没有不被涉足的净地，一片片被剃光了头似的山坡处处可见，整体林线大步后移，森林覆盖率明显下降，原始森林越来越少，野生动物数量也迅速减少，有的甚至绝迹。二、森林开发带来的效益及过量采伐的后果 ( 一 ) 森林的开发利用推动了地方经济的发展。迭部森林开发利用以来，不仅给国家的社会主义建设提供了大量的优质木材，创造了较高经济价值。同时也推动了地方经济和各项事业的发展，三十年来共生产森工材 900 万立方米，其中商品材约占 95 ％以上。若每立方米木材平均按 400 元计，共为国家创造经济价值达 36 个亿。 1982 年迭部县确立“以林为主、林农牧综合发展”的生产方针，并建立地方林场、实行利润返还等政策后，地方经济对林业的依赖性增强，工业 ( 包括乡镇企业 ) 多为木材企业，财政收入大都来自林业。木材运输促进了该县运输业的迅速发展。 1996 年全县工农业总产值达 6236.37 万元，比 1980 年增长 4.1 倍，其中工业产值增长近 10 倍。财政收入比 1980 年增长 13.1 倍。共修筑林区公路 700 多公里。国营、地方森工企业支援地方修桥、建学校、发展通讯设施等投放资金 250 多万元，并投资与地方联办电站等建设项目，促进了地方经济的发展。 ( 二 ) 森林过量采伐所带来的严重后果 1 、不合理采伐，严重影响了森林的林分质量。以上提到，迭部林区成过熟林的面积和蓄积均占用材林的 90 ％以上，且以云杉、冷杉为主要建群种，分布于海拔 2500-3500 米之间，坡度多为 35 度以上。由于多年来采伐过量，或在不宜采伐的坡地、高海拔地施业采伐，更新又跟不上，或造林树种不对路，使一些地方形成不少荒山秃岭、人工矮林、人工疏林等。尤其是生长在高山地区的红杉林逐渐消耗殆尽。部分地方原始植被消失，天然更新条件恶化，人工更新困难，出现了“后继无林”的逆向演替现象。 2 、过度消耗森林资源，加速了生态环境的急剧恶化。迭部林区最大的特点是山坡陡峭。 30 度以上的陡坡占 37 ％以上，且林地多属岩石母质，土层浅薄，加上因本地区在地质运动时期曾多次遭受到剧烈构造运动影响，形成大量断裂发育岩石破碎区。森林砍伐中的串坡、土滑道集材、山楞集材以及劈山修道等使该林区易损的地表遭到严重破坏，有些采伐后的迹地，岩石裸露、环境恶化。植被破坏和森林生态的变化引起整个生存环境质量下降，水土流失加剧，一些河谷地带的农田被泥石流淹没，堤坝冲毁，山体滑坡，村庄地基坍塌。全县水土流失总面积已达到 1572.27 平方公里，每年土壤侵蚀总量达到 101.82 万吨，其中最早开采森林的洛大、花园、旺藏等地域尤为严重，三乡 7 条小流域 296.33 平方公里的面积中，水土流失面积就达 183.28 平方公里，占总面积的 62 ％，洛大至花园 20 公里的沿江右岸，常发生泥石流点就有十几处。部分较陡峭的山体多处出现崩塌和泻溜。主要沟系内的泥石流量已进入第四期发展阶段，支沟也正处在不同发展阶段。由于水源涵养林遭到破坏，旱灾频繁，迭部境内白龙江水系的 29 条大小支流水流量均明显减少，多数减少 20 ％－ 30 ％，有的甚至减少 50 ％或面临干枯。据麻牙水文站资料，六十年代白龙江平均流量 54.9 立方米 / 秒，八十年代末下降到 43.6 立方米 / 秒。因水土冲刷加剧，使江水含沙量成倍增加。据立节水文站检测，迭部境内白龙江年均含沙量： 1965 年为 0.184 公斤 / 立方米， 1993 年为 2.54 公斤 / 立方米，增加了 12 倍。 3 、过量采伐森林带来了严重的自然灾害。由于森林的过量采伐，导致了季节性气候反常，风雨不调，严重的自然灾害不断发生，使人民群众生产生活面临威胁，蒙受损失。近十几年来，迭部地区每年都发生不同程度的旱涝暴灾，大小旱灾连年不断，成灾程度有增无减，暴雨灾害的破坏程度一次比一次严重。 1984 年 6 月，洛大乡赵藏沟一带两次遭暴雨洪水袭击，有 48 户农牧民受灾， 141 间房子和 133 亩农田被冲毁，粮食减产 4.6 万公斤，直接经济损失 20 万元； 1991 年 5 月 23 日，县境内遭受历史上罕见的特大暴雨、山洪袭击，全县 2091 户 10513 人受灾。农田受灾面积占全县粮播面积的一半以上，绝收 17934 亩。有 3 人丧生， 7 人重伤，损失大小牲畜 1042 头。泥石流冲毁、淹没农田 1000 亩，毁坏大小桥梁 41 座，电站水渠 4820 米，以及农田灌溉大部分设施。两郎公路迭部段和县乡林区道路水毁极为严重。数年不能恢复。这场暴洪灾害造成的直接经济损失 ( 不包括干线公路 ) 达 1728 万多元，相当于全县当年工农业总产值的 30.6 ％，当年农业总产值的 62.4 ％。 1997 年 8 月上旬代古寺一带的一场大暴雨，在仅十多公里的公路上形成十几处泥石流滩堆，交通堵塞数日。三、对造成上述不良后果根源的分析迭部的原始森林资源为什么会出现今天这种整体锐减、局部面临枯竭或完全枯竭的局面？与开发初期提出的“八十年一个轮回，永续利用”的理论设想形成较大反差？其原因是多方面的，归纳起来主要有以下几个方面的因素： ( 一 ) 方针、政策、决策与实际差距造成的因素。 1 、体制造成的影响。国家专门建立森工企业和相应行政管理机构的体制存在着比较大的弊病，林业企业的职工几乎全部来自内地，由于根本和长远利益上的差异，造成当地群众与森工企业看问题的角度不同，形成了不一致的认识和观点。企业方面看重的只是眼前和近期利益，未能也很难自觉做到顾及长远。而森林与子孙后辈永久息息相关的当地老百姓不直接经营林业，对林子没有直接做主和生产经营的权利，护林积极性受到严重影响。加之森工企业日益膨胀，企业之上又有一个庞大的管理机构－－白龙江林管局，极大地加重了企业的经济压力和负担，加速了森林的消耗。 2 、市场经济有关因素带来的影响。计划经济时期，林业生产经营都比较正常。实行市场经济以来，特别是随着邻近的临夏、岷县等地木材市场的开放，在利益驱动和金钱的诱惑下，不少内地木材商贩进入林区从事木材生意，本来单搞运输业的当地司机中相当部分竟相直接做木材生意，企业和地方一部分干部、职工也直接或间接参与木材生意，一些执法和林政人员也被诱入其中，充当木材贩子的“保护伞”和“护送神”。尤其是一些不法木材贩子十分猖獗，内勾外联，在一定时期形成一股恶势力。本县的个体运输车辆从 1980 年的几十辆猛增到目前的 800 多辆。 84 年前后，空票、假票、外地票等充斥迭部木材市场， 95 年底后，假票、外地票基本消失，但开空票现象仍然存在，难以控制。企业巧立名目，地方有关部门也想方设法申请限额外次材、积压材等指标，调运时又以好充次、以材充柴，企业以内部小票也直接过关出境，以及林缘地带的群众蚕食森林现象日益加剧等，这一切都要以加快森林消耗为代价。 3 、采伐任务指标与现有森林资源实际形成大反差。经三十年的采伐，迭部林区的用材林已消耗 2/3 以上，其余不足 1/3 的用材林不是分布在海拔高、坡度大和岩石山地带，就是属稀疏林、水源涵养林等，不易或不宜采伐。根据这种实际，为了青山常在，采伐指标任务应大幅度下调。但有关决策部门对这种现状视而不见，下达年度采伐任务指标时，只是从养活迭部林业局近万人和上交管理局大笔费用，以及照顾舟曲林业局这些资源枯竭的难兄难弟等主观愿望出发。“九五”和“八五”相比，年采伐规格材量有所下调，而加巧立名目新增的非规格材，总量有增无减。再加上超方和各种社会用材量等，实际森林资源消耗反倒逐年增长，造成了客观实际与主观愿望的大反差，大矛盾。 ( 二 ) 森林资源减少，限产、减产的呼声升高而引发或带来的因素。 1 、由于林子一年比一年少，使部分群众思想上产生一种“砍也是完，不砍也是完，不如趁早砍几根”的想法 ( 且不论这种想法的对与不对 ) ，导致参与林木的砍伐和生意的人增多。这种情况在 94 年和 95 年上半年达到了高潮， 95 年底大有好转，但不够稳定，只要有可乘之机 ( 出现空票或检查站把关不严等 ) 就立即反弹。 2 、由于森林资源急剧减少，环境恶化，当地群众以及政府要求保护森林、限产减产、限额采伐的呼声越来越高。上级也根据这种呼声和林况，要求企业限额采伐，并逐步转产。但企业方面的部分干部、职工不能正确理解和对待这种要求和政策，护林积极性受到影响，出现了急功近利的短期行为。转产也没有实质性进展，多年来，只闻为转产花钱，但不见人员转移、减少。 ( 三 ) 企业管理方面的问题所带来的因素 1 、林业企业的工人变成了管理干部，大量雇用外地民工进山完成大部分生产作业，甚至将木材生产的“产、供、销”全部承包给民工头，实行所谓的“一条龙”生产。这种生产方式，使部分民工头 ( 或民工 ) 从当初的正当劳务人员变成经营者，甚至乱砍滥伐者或“黑料”的调运组织者。目前，企业管理者已认识到这个问题，并着手解决，但成效甚微。 2 、由于生产管理上的问题和可采森林资源的减少，为了完成人为的采伐指标任务，大部分林场、工段在老伐区的林墙、林帽中回头采伐作业，不仅扩大了伐区、破坏了更新幼林的生长环境，而且砍倒的大树将一片片更新的幼树幼苗压损，有的在不应采伐的 35 度以上陡坡林分中采伐施业。部分林场直接或变相地廉价收购一些群众采伐的非法“黑料”，一些林场的部分伐区不按设计，甚至没有伐区，民工满山任意采伐，借自然坡度和滑道串坡到林区公路边就装车。以完成生产任务和降低成本。 3 、更新造林跟不上。从现场踏看到的实况看，自六十年代开发以来，更新造林情况可分为三种，造得好的，一般化的和差的各占三分之一。有的十五、六年前、甚至二十年前的伐区，近一、二年才得到更新；一些伐区，多年来几经补栽，形成“人工异龄林”，但远未达到标准密度要求；一些更新的伐区，每 10 个平方米只有 1.5 株树苗，有的伐区就根本没有更新造林，迹地自然演替成为竹林丛、荒坡或新的水土流失区。近一两年更新造林工作得到重视和有所加强，但历年欠帐太多，无法全部弥补回来。 4 、生产经营不规范或粗放。部分伐区采伐不符合标准，伐跟太高。少数伐区清理后，丢件横七竖八，撒满伐区。个别地方的一些树苗栽在木屑支丫之中。各种空洞、小径、梢头等非规格材大量丢弃在山沟里。 1996 年开始，这项工作有所加强，这种局面有了些改观，但已造成的相当一部分损失无法挽回。 ( 四 ) 林政管理方面的问题带来的因素 1 、由于可采林木的减少和利润的诱惑，八十年代末以来出现了开空票的现象，木材贩子以每立方四、五百元的代价从企业开出 ( 买出 ) 木材运输票证，然后到林区任何一个地方以很低的价格收 ( 买 ) 木材，最后凭此票证出境。这样，企业做的是无本生意，不需要修路、设计、采伐、清林和更新的投入，而直接获得高额利润。有人买“黑料”就有人砍“黑料”，所以，这种做法直接助长了乱砍滥伐的歪风。同时，因这种做法是先开票后装料，并分别在两地进行，所以就很难做到票货一致 ( 特别是数量 ) 。 2 、由于票货两地办理或检尺、复尺、出关检查等工作不负责，甚至有意疏漏、内外勾结等造成超方运输现象十分普遍， 94 年和 95 年上半年每车一般超二、三立方米，少数车超方高达五、六立方米以上， 95 年底至 96 年秋基本得到控制， 97 年以后又重新抬头，超方现象更严重。 3 、干线公路上的出境木材检查站把关不严，不仅对普遍的超方以补款的形式交钱放行，而且以企业内部小票过境、伪装过境、一票重复运输等不时出现，甚至一些无票运输“黑料”的车辆也照样通过检查站 ( 据有关方面估计， 94 、 95 年两年无正当票证材出境至少 5 万立方米以上 ) 。这些现象 96 年得到控制， 97 年又有反弹现象。主要原因是检尺、木材检查站等工作缺乏有效的监督机制和监督力度。 4 、 94 年前后，邻近地县的木材运输票证流入迭部， ( 上级有关部门把木材运输票证发往邻近无林地区是极为不负责任的 ) ，假票也时常出现，这些都严重地干扰了迭部地区木材流通秩序。 ( 五 ) 其他一些方面的错误认识所造成的原因 1 、企业和地方对森林资源的现状认识、看法不一致。地方方面和群众认为：采伐过量，造林更新远跟不上采伐进程，森林资源大面积减少；而企业方面的相当一部分人至今盲目乐观，认为采伐有限，造林更新情况良好，生长量大于或等于采伐量，上级有关部门和一些舆论也宣传这种脱离实际的论调，起到了以假乱真的作用，对保护森林资源十分不利。 2 、企业方面不能正确对待 1994 年“ 12.21 ”突发性治安事件 ( 企业木材检查站与运料司机发生冲突后，司机聚众于迭部局 ) ，对上级处理此事件的原则和进展有意见，放弃护林责任。从事件发生后半年多时间内，企业林政管理和护林方面的工作处于瘫痪或半瘫痪状态，加剧了木材流通领域的混乱局面和木材消耗。四、应该采取的措施及对策建议 ( 一 ) 要从根本上解决问题，就从体制着手。体制上的“两张皮”可以说是上述问题的总根源，所以解决问题首先应从体制着手，改变现在地、企双方“两张皮”的现状，将部分人员转移以后的迭部国营林业企业归地方 ( 如甘南州 ) 直接管理，变“两张皮”为“一张皮”，使迭部林业原先的政出多门理顺为政归一统。只有这样，才能达到充分照顾地、企双方利益，调动两方面的护林积极性的目的。才能实现合理利用资源，真正做到青山常在，永续利用。 ( 二 ) 停止采伐或大幅度削减年度采伐指标。迭部林区用材林的消耗已达 2/3 以上，剩余不足 1/3 的，不是深沟远山就是高海拔陡坡度等，不易或不宜采伐。可采的林子越来越少。按目前这个速度采下去，少在三、五年，多在六、七年，可及可采森林资源将消耗殆尽。为了当地人民子孙的生存，为了防止长江中下游祸及受害，完全停止采伐是上策。鉴于完全停采暂难以实现，急需要大幅度调减年采伐量，第一步最少下调 2/3 ，使年伐量控制在 5 万立方米以下，以后继续逐年下调。同时停止审批积压材、次材等限额外材种，将所有这些材均纳入限额内外调。这样才能实现消耗量和生长量的基本平衡。由此造成的经济效益下滑，将通过提高综合利用率和加工增殖来弥补。同时，要解放思想，转变躺在单一木材上的旧观念，拓宽思路，大力开发木材以外的工矿、养殖等其它工、农业项目。 ( 三 ) 加快转产步伐，压缩森工企业人员。迭部林区开发三十年来，森林资源的存量和森工企业人员数量的增减成反比例发展。可采的林子日益减少，而吃林子生活的森工企业人员却越来越膨胀，近几年来只听见为转产花钱，但不见人员转移。憙为了当地老百姓的生存，为了这块甘肃最大的绿色宝地，为了保护长江上游这片林地的水源涵养和水土保持的功效，国家林业局和甘肃省政府应高度重视这个已经被严重忽视了的重大生态问题、社会问题和环境问题。憗切实予以研究解决。不能以这片林地遭到破坏，对长江流域带来水土流失等环境影响，以及恶化、甚至牺牲当地人民祖辈的生存条件和环境为代价来片面地谈论今天森工企业的吃饭。 ( 四 ) 市场经济的根本作用是通过市场配置资源，生产的产品数量越多、质量越好就越能产生效益。而林业生产特别是原木、板材等产品，产出的数量越多，质量越好，森林资源消耗就越大。森林是一种具有植被、固土、涵养水源、调节气候和有利于野生动植物生长、生存以及人类旅游欣赏等综合价值和作用的生态系统。所以，在世界上，各国对森林的采伐利用是控制的，都遵从一定的永续利用公式，绝不是越多越好。这与市场经济的某些规律相矛盾 ( 至于综合利用是另一问题 ) 。因此，憙对木材生产和流通应该象粮食和棉花一样采取特殊政策措施和办法。同时，憙要关闭林缘地区的木材市场，为减少森林资源消耗创造有利的外部环境。 ( 五 ) 广泛深入地开展宣传。企业方面，要宣传森林与企业职工利益的直接性和长远性，强调护林爱林的重要性，把保护森林作为企业生存和职工生活的基本前提和根本保证，克服短期行为。地方方面要向群众宣传森林属国家所有，由国有森工企业经营。宣传自林区开发以来，在山区交通、税收、利润返还、护林经费和群众承揽林区劳务以及森工企业支持地方建设等方面都得到许多实惠；憙宣传森林的价值不仅仅是生产木材、卖原木、当柴禾，其更大价值和作用在于维持环境平衡等综合生态效益。 ( 六 ) 统一思想，面对现实。从所谓的“生长量大于采伐量”的自我陶醉中解脱出来，充分认识资源大幅度减少的严酷现实和伴随而来的严重后果，要有资源危机感。减少乃至杜绝迹地更新、植树、造林等统计报表中的水分，不弄数据游戏，不做表面文章，不搞欺上瞒下、愚弄人民和自欺欺人的名堂，并实打实地抓好这方面的各项工作，讲求实效。 ( 七 ) 坚决贯彻“以营林为基础”的林业生产方针，花大精力，抓好迹地更新和其它种类的造林质量。历年迹地更新所欠的账，必须在几年内补栽完毕，彻底改变更新造林质量不高，监督不严，以及弄虚作假等不良现象。同时，要本着“三分栽、七分管”的精神，加强造林后的管护，提高保存率，确保造林成功。 ( 八 ) 要依法护林，充分发挥林业公、检、法等执法部门和专业队伍的作用，严厉打击极少数不法木材贩子和乱砍滥伐者，严肃查处毁林、盗运、假票、抽票、内外勾结等林业案件。对检尺、复尺、木材检查站等岗位有意或失职造成违法、酿成错误的人员，必须绳之以法和从严查处。要抓苗头，及时处理和解决出现的问题。建议木材出境站等关键执法工作由森林警察部队担任。 ( 九 ) 加强票证、林政管理。近几年来，特别是 1994 年以来，迭部木材流通渠道比较乱，一半以上原因是内部票证管理有漏洞或开空票等造成的。所以，省、州林业主管部门和企业必须加强林政、票证管理，森工企业和其它审批得到积压材指标的部门都要杜绝开空票。要严格整顿、治理检尺、复尺、检查站等环节，建立监督机制。特别是出境口木材检查站，必须严格把关，这个总关把好了，空票、假票和检尺、复尺中的超方等问题均可在这里暴露无遗，这个问题解决了，其它木材流通中的问题大都就会自然消失。 ( 十 ) 加强企业生产、经营管理，转变经营观念。目前，森工企业内部管理水平普遍差，经营粗放。企业二、三线人员膨胀，第一线人员太少以及生产雇用民工等，大大提高了生产成本，加大了非生产性开支。要减少二、三线和机关人员，充实第一线，大幅度减少雇用民工数量，以降低生产成本和费用。长期以来，森工企业的经营始终以销售原木为主，配以少量的粗加工板材。由于中国属少林国家，加之改革开放以来红火的建筑市场，致使木材紧俏，成为皇帝的女儿，价格飞涨，企业效益一直很好。近几年来，随着国家对过热经济的宏观调控，大量吸纳木材的建筑市场降温、疲软，又有各种替代品的出现以及超采超运等，使木材市场供过于求，价格滑坡，甚至滞销。人常道：憙物以稀为贵，木材是生长周期很长的建筑、家具材料。为了改变目前价格下滑，丑女愁嫁的被动局面，憙不应采取超运和上门求情的办法，而应该相反地降低采伐数，减少上市木材量，造成木材市场供不应求，单位价格才可能回升。同时，认真抓好生产经营，从卖原木转向加工，从粗加工转向细加工，实现加工增值。还可以考虑建立州内一定区域的统一木材市场，形成集团，统一面对市场。 ( 十一 ) 为了逐步减少年伐量，必须提高木材利用率。解决企业采伐量下降后的效益问题，除了原木加工增值外，还要大搞木材综合利用。由于生产不规范和木材加工及综合利用工作抓得不好或申请特批指标后又以好充次等，使丢件或集中在山间未能利用的困山材、小径木、三边材等数量增大，造成很大浪费。目前对上述材的利用率约为百分之十几。所以，木材综合利用大有文章可做，应尽快论证建设一些消化等外次材、丢件、枝桠等材种的项目，如集成材、纤维板、木纸浆、木质玩具等。 ( 十二 ) 进一步落实护林责任区，提高护林费标准。群众护林责任区是八十年代划定的，应该重新或进一步明确。护林费要同护林成果挂钩，护的不好的扣减，护的好的奖励。同时经费必须落实到户，扣做农牧民应缴农业税或教育附加费等时，必须向群众讲清楚。每亩 0.05 元的护林费的标准是八十年代初确定的，时过境迁，物价 ( 包括木材价 ) 成倍上涨，而护林费标准仍未改变，不利于调动广大干部群众的护林积极性，急需提高，第一步应至少提高到每亩 0.2 元。 ( 十三 ) 天险腊子口不仅是红军长征时腊子口战役的纪念地，且自然风光独特；该县的阿夏林区近几年来多次发现大熊猫生栖，故应将腊子口林区和阿夏大熊猫生栖地分别列入省级和国家级自然保护区。憙从旅游观光和保护国宝等方面全方位地开发森林资源，使森林的价值和资源利用面得到拓展和深化。 ( 十四 ) 建议将迭部列为“长治”重点县。以保护和治理长江上游这片水土保持地带。被列入后要加强工作力度，早见成效。及早保护比造成全面严重破坏后重新治理省事得多。现在花一分精力、财力能治理的，将来可能花百倍财力、气力也难以治好。森林是陆地生态的主体，是人类赖以生存的基础，它不仅具有经济价值、商品价值 ( 如木材及林副产品等 ) ，同时具有生态价值，并且，这后一种价值成倍高于前一种价值。目前，迭部林区的这种过度采伐和粗放经营，是一种只注重眼前与直接利益，而严重忽视和放弃长远与综合利益的短期行为；确切讲，是只注重了木材、甚至仅仅原木价值的眼光短浅行为；是一种先吃祖宗饭，再吃儿孙饭的罪恶行为。国家和省内有关部门以及该地森工企业，应立即采取悬崖勒马的断然措施，痛改前非，弥补吃祖宗饭，造子孙孽之过，兴青山常在之业，立千秋万代功绩。白龙江是嘉陵江的主流，嘉陵江又是长江的一条主要支流，憙长江水的整个水源是全流域内一片片象迭部林区这样的水源涵养组合而成的，将这一片片林子砍伐殆尽后，长江水在哪里？整个流域的水利在哪里？花了几千个亿修建的三峡工程不就成了一场徒劳吗？随着人类社会的发展进程，各种资源开发都在加快。有些实事逼着人这样想问题：人类几乎是一群贪得无厌的高级动物群。 ...... 从某种角度讲，人类生活得越舒适，地球就越难受，而地球难受到一定程度，人类就会受到灾难性惩罚，甚至走向毁灭。所以，对资源无节制的开发利用和破坏性的开采，特别是对陆地生态主体－－森林的过度采伐，无异于杀鸡取卵，竭泽而渔，是人类自己对自己的一种慢性自杀！ 1996 年 3 月成稿， 1997 年 10 月修改网上阅读请点击 http://mall.cnki.net/magazine/Article/LYZY902.001.htm 或者 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-LYZY902.001.htm; 1065 次阅读|0 个评论

[转载]吴忍畊:钱学森成才五个重要要素浅谈: sheep021 2015-2-14 21:32; 钱学森成才五个重要要素浅谈哈尔滨工业大学吴忍畊 2015-01-28 刘明玉先生《成才究竟决定于什么》的文章主张成才归结为五个重要要素，“内因”起着决定性作用，这无疑是正确的；但是，教师、学校和环境作为外部条件的作用不可忽视，否则有悖于钱学森所说：“现在中国没有完全发展起来，一个重要原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创造人才的模式去办学，没有自己独特的创新的东西，老是‘冒’不出杰出人才”。外因还是十分重要的。外因通过内因而起作用，成才决定于“内因”与“外因”的结合。笔者在《用“大成智慧学”思想培养创新杰出人才》 ① 一文中，将钱学森的大成智慧学的育才思想归结为“成才的五个重要要素”。钱老的五个重要要素，相比刘道玉的五个重要要素，其内涵大大丰富，似乎两者不在同一个层面上。刘文仅讨论历史上个别天才成才之道，意义较小，而钱学森的大成智慧思想是回应时代呼唤的产物。钱老认为祖国发展的关键是要造就符合新时代需要的千千万万勇于创新的杰出人才，这是千千万万精英的成才，是群体，不是个体。钱老预言，21世纪将是科技迅猛发展的年代，国家之间的竞争呈现为生死存亡的斗争，“人才战”、“智力战”将是世界各国争夺的制高点。21世纪迫切要求具有巨大创新能力的杰出人才，也就是需要能够高瞻远瞩、具有大智大德、全面发展的帅才，这是时代对“大成智慧学”的呼唤！钱老看到信息社会的来临,又总结了现实当中大量事实，包括他自己的学习经历，提出“大成智慧学”的思想。钱老有时把“大成智慧”英译为：“ Wisdom in cyberspace ”，强调“大成智慧”的特点是沉浸在广阔的信息空间里所形成的网络智慧。換句话说，“大成智慧学”是在新的世纪里，引导人们如何尽快获得聪明才智与创新能力的学问。钱老的思想是基于21世纪科技发展展望，既重视“内因”，又合符时代变化的“外因”条件，阐明了内生性的成才机制。笔者认为，刘明玉的主张要和钱学森大成智慧学培养杰出人才的思想结合起来，重视“内因”，并创造良好条件，孕育杰出人才的成长，“内因”和“外因”综合考虑，合理安排，是培养杰出人才合理之道。一、做一个对人类、对祖国有贡献的人钱老说：“对于一个有为的科学家来说，最重要的是要有一个正确的方向。这就是说，一个科学家，他首先必须有一个科学的人生观、宇宙观，必须掌握一个研究科学的科学方法！这样，他才能在任何时候都不致迷失道路；这样，他在科学研究上的一切辛勤劳动，才不会白费，才能真正对人类、对自己的祖国做出有益的贡献。” 爱祖国爱人民是做人的原则，是一个人的灵魂。欲要做好学问，须得先学好做人，成为真正的人。当今面对多变的内外环境，面对意识形态领域的复杂形势，培养中国特色社会主义事业建设者和接班人，培养科技创新杰出人才，树立社会主义核心价值观，坚定实现“两个一百年”奋斗目标，坚定实现中华民族伟大复兴中国梦的信念，我们的教育必须坚持育人为本、德育为先。增强学生爱祖国爱人民的社会责任感，落实立德树人的根本任务。二、熟悉马克思主义哲学钱老认为：“马克思主义哲学居于科学技术以及知识体系之首，才是触类旁通的钥匙。创造力来源于马克思主义哲学，而用这个观点看科学技术以及知识体系就是大成智慧学”。钱老认为马克思主义哲学，即辩证唯物主义，作为人认识客观和主观世界的科学，它所坚持的世界观、发展观、方法论，对各门科学技术的建构、研究与发展有着非常重要的指导作用。各门科学技术的工作者无论是做基础科学研究的，还是搞应用科学和工程技术的，如能自觉地学习和运用马克思主义哲学，即辩证唯物主义，都将会大有裨益。在当今这个知识爆炸、信息如潮的时代里，需要新的世界观、新的方法论、新型的思维方式和人-机结合的思维体系；其特点钱老写道：“在于微观与宏观相结合，整体（形象）思维与细部组装向整体（逻辑）思维合用；既不只谈哲学，也不只谈科学；而是把哲学和科学技术统一结合起来。哲学要指导科学，哲学也来自科学技术的提炼。这似乎是我们观点的要害：必集大成，才能得智慧！” 钱学森是知识分子学习的榜样。培养创新杰出人才，引导他们像钱老那样自觉地运用辩证唯物主义指导自己的业务，不断接受马克思主义哲学智慧的滋养，更加自觉地坚持和运用辩证唯物主义世界观和方法论。真正的大科学家亦都是大哲学家。三、熟悉科学技术的体系钱先生的思想博大精深。他对人类知识体系做了创造性的分类，画了一张“现代科学技术体系”图。这是“大成智慧学”中非常重要的基础内容，是他经过长期思索后归纳总结的结果。继承与创新是相辅相成的，没有继承，创新无从谈起；缺少了继承,创新便会成为无源之水,无本之木。继承和创新，正是我们前进的路标和源源不断的动力。 “现代科学技术体系”图正是科技创新的路标和动力。钱老曾说：“人首先要认识客观世界，才能进而改造客观世界。从这一基本观点出发认识客观世界的学问就是科学，包括自然科学、社会科学等等。”“改造客观世界的学问是技术。” 整个客观世界是统一的、同一的。依据事物矛盾特殊性，对自然、社会、人和人化自然等各类事物进行研究获得知识。钱老把人类迄今所积累的知识分为：自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、军事科学、行为科学、地理科学、建筑科学以及文艺理论等11大部门。各门科学技术知识相互渗透、相互借鉴，有着相互统一的客观基础。这是发展变化中的知识体系。在各门科学技术相互交叉、重叠的领域，展现着广阔的有待探索的空间，有待研探和开拓创新，成为新知识的增长点。钱老曾说：“大成智慧的核心就是要打通各行各业各学科的界限，大家都敞开思路互相交流、互相促进，整个知识体系各科学技术部门之间都是相互渗透、相互促进的，人的创造性成果往往出现在这些交叉点上，所有知识都在于此。”我们掌握学科知识“跨度越大，创新成果越大”。实践证明，跨学科招收和培养研究生，跨学科人才组成科研团队，都可获得研究奇效。钱老在现代科学技术体系结构图的外边画了两个圈，这里包含着前科学知识库里的一切东西，也作为“大成智慧学”发展的重要源泉。这里“前科学知识”指的是古往今来人们对世界的探索、认知、初步的哲学思考以及点滴的实践经验、不成文的实际感受、灵感、潜意识、能工巧匠的手艺，那些“只可意会，不可言传”的东西、甚至梦等等，需要我们主动地搜集、研究，逐渐将其中有价值的东西提炼成为理性认识，纳入到现代科学技术体系中。这标志着钱老的知识体系是活的、开放的、发展的。它为创新提供路标和动力。四、科学技术与文化艺术的结合才能有智慧钱学森认为科学与艺术结合是构成“大成智慧学”的重要内容。钱老强调，人一方面要有科学技术知识，另一方面又要有文化艺术修养。人的智慧是“性智”与“量智”两大部分。在知识体系图中，用虚线和双箭头把“性智”与“量智”联系在一起，表明“性智”与“量智”是相通的。我们对事物的认识，最后目标是对其整体及其内涵都充分理解。事物的理解可分为“质”与“量”两个方面。从“质”入手去认识世界，即从整体感受入手去理解事物是“性智”。中医理论就如此。从‘望、闻、问、切’到‘辨证施治’。但对其内涵不都充分理解。艺术主要是性智，靠直觉、靠综合、靠形象思维、靠丰富的想象力。 “量智”主要是科学技术，是从局部到整体，从研究量变到质变，靠逻辑思维，用分析的方法，凭借实验验证，如西医治疗的思路。‘量’非常重要。钱老认为数学科学、自然科学、系统科学、军事科学等十大科学技术部门的知识是性智与量智的结合，主要表现为“量智”；而文艺创作、文艺理论美学以及各种文艺实践活动，也是性智与量智的结合，但主要表现为“性智”。钱老认为：“人的智慧是两大部分：量智和性智。缺一不成智慧！此为‘大成智慧学’，是辩证唯物主义的。”若想获得聪明才智与创新能力成为大成智慧者，就要既掌握“量智”又掌握“性智”。钱老认为竺可桢、苏步青、李四光、梁思成、郭永怀、钱三强、卢嘉锡、吴阶平、李政道、吴良镛……等等大科学家不但有广博的科学技术知识、科学的哲学思想，而且有很深厚的文化艺术修养，他们往往是集“科学-艺术-哲学”于一身的多才多艺的伟人，因而能够在科学研究等领域里，都做出了卓越的贡献。钱老说自己：艺术上的修养不仅加深了我对艺术作品中那些诗情画意和人生哲理的深刻理解，也学会了艺术上大跨度的宏观形象思维。这些东西对启迪一个人在科学上的创新是很重要的。科学上的创新光靠严密的逻辑思维不行，创新的思想往往开始于形象思维，从大跨度的联想中得到启迪，然后再用严密的逻辑验证。乔布斯追求iPad彻底改变世界！他总结道：“苹果之所以够创造出iPad这样的产品，是因为我们一直努力融合科技和人文艺术”。在他看来，“直觉是一种非常强有力的东西，…对我的工作产生了巨大影响”。乔布斯事业成功之道就在于他站在人文与科学的交叉点上。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要”。以上实例说明，“大成智慧学”是符合创新杰出人才形成的客观内在规律。现代科学技术体系图标志了这种客观内在规律。五、熟悉信息网络，善于用电子计算机处理知识 20世纪80年代初期，以微电子信息技术革命为先导的高科技群体飞速发展，如层层巨浪呼啸而至，钱学森站在大潮之颠高瞻远瞩，他敏锐地觉察到21世纪科学技术的发展，将会引起深刻的变革。1988年钱老指出：“居于世界科学技术前列的国家，将集中人力、物力、财力于当代最先进的科学技术的争夺上，一系列新兴科学技术领域将出现新的重大突破。新的生产技术，新的生物品种，新的物质合成，新的信息、能源、交通结构以及对宇宙自然现象的新的认识，将对世界的发展产生深刻的影响。人们的思想观念、生产方式、社会秩序和生活方式将随之发生前所未有的新的变革。” 微电子信息技术革命也使得人们对世界认识的深度前所未有，高速计算机和灵境技术等，为进行高难度复杂性的科学研究提供了崭新的研究方法。它能使宇航员“走进”虚拟世界，“飞入”太空，巡游在宇宙天体之间；它能使科学家“深入”微观世界，调动分子、原子、中子；它能使医生们“进入”人体进行会诊、手术等等，皆如身临其境，亲自操作。微电子信息技术不但开创了人-机结合的物质生产体系，而且开创了人-机结合的知识生产体系，改变着人们的思维方式和学习方式。人-机结合的思维成为重要的思维模式。因而，新时代培养创新杰出人才必须熟悉信息网络，善于用电子计算机处理知识，既获取知识，又创造新知识。电脑替代人脑的记忆和运算功能，把人从小学到大学耗费在死记硬背和繁琐运算沉重负担的脑功能解脱出来，谋取全面发展。小学、中学和大学的课程内容、课程体系、教学方法、学制年限等都有待做巨大改革。结语综上所述，中国需要创建培养创新杰出人才的新的教育体系，用“大成智慧学”思想培养创新杰出人才，熟悉马克思主义哲学，熟悉科学技术的体系，善把科学技术与文化艺术相结合，熟悉信息网络，善于用电子计算机处理知识，成为一个对人类、对祖国有贡献的人才。 “钱学森之问”的答案，实际上就隐含在他20年思考结果的字里行间，需要后人去解读、诠释和理解，并付诸实践。▲ 注①：《用“大成智慧学”思想培养创新杰出人才》《赤子》杂志2014年7月，第33-37页吴忍畊的博客http://blog.sina.com.cn/wurengeng 《用“大成智慧学”思想培养创新杰出人才》2012-06-29; 个人分类: 生活点滴|1285 次阅读|0 个评论

浅谈现代人怎么搞物理研究: 热度 4 bigdataage 2014-4-23 20:54; 浅谈现代人怎么搞物理研究同人于野同学认为一个搞科研的好方法是8年潜心，用不重要的课题去养活自己做一个重要的课题，然后一鸣惊人，这种事情我只听说证明费马大定理的时候发生过。对现代物理学来说，这个案例既不典型，更没有推广价值。物理学科研的特点是所有结果都建立在同时期其他人的结果之上。对我干的这个具体小领域来说，不存在特别牛的天才，到一定程度之后大家能力实际上差不多。从牛人论文中获得灵感这种研究方法起到的作用不是很大。我现在看论文，最重要的是这些论文的结果是什么，而不是方法。因为方法就是那么几下子，没什么特别新的。限制结果的主要是知识积累效应导致的量变到质变，然后是实验数据和计算机能力的发展，而不是有人突然变聪明了。（我念研究生的时候精读过一篇1963 年的论文，那篇文章的确很好，收获很大。对我来说它最大的意义是让我学会了这一行的理论是怎么做出来的，哪些地方适合做大刀阔斧的假设。然而一旦入门之后，类似的文章意义就不是很大。）要想干主流工作，必须随时了解领域的最新进展。大家对相关事实的理解一年也会有很大变化。不用说不看或者少看最新论文，我老板去年一次APS会议有事没去，都感到落后了，因为他不知道那几个人现在在干什么。我搞科研不是很勤奋，每天主要工作时间是做事，看论文的时间只能主要用于看比较新的相关论文，老论文再经典，我也仅限于知道它说什么，写文章的时候引用正确即可。而专业书籍的作用就更小，仅仅作为工具书。一本2000年出版的领域内专著，现在再看目前所有最有活力的课题在上面都找不到了。一个物理学家的专业精神和职业本分，就是必须有新发现。很多人把物理当成一个艺术，一个文化，甚至是禅宗之类供人修身养性的东西。其实物理学这个行业本质上是一个business，而且竞争相当激烈。物理研究的技能，本质上是一个手艺，而不是什么神秘素质。（这一点跟数学行业可能不太一样）。物理这个行业的工作机制是这样的：DOE/NSF/NASA等机构组织一帮老头子开会决定有什么问题是现在感兴趣的重要问题，出一个call for proposals，各个组则写proposal申请经费。然后政府把钱拨给各个研究组，这些组的科学家用这些经费搞研究，做出好的结果之后，用这些结果做资本再去申请新的经费。经费对于向哪个方向研究和让哪些人来研究都起决定性作用。从这个角度上说物理行业就好比拍电影，选题的时候要考虑市场最新流行趋向，拍摄的时候要考虑票房。有人可能说现在主流的课题都不重要，我要自己做一个非主流但是更重要的课题，这行不行呢？我认为不可能。现在的物理学，没有足够经费支持，没有合作者，没有同行讨论，这样搞科研是不可能搞出来的。哪怕是做理论物理，不要实验设备，不要高级计算机，一张纸一支笔，单打独斗行不行呢？也不行，因为你至少需要开会的经费去跟同行讨论。现代物理对合格的物理学家的要求至少有两个： 1. 必须知道相关领域其他组正在干什么。也就是说只看发表出来的文章是不行的，得别人还在做的时候你就知道他们在做这个。只有这样才有竞争力，要scoop别人，不要让别人给scoop了。 2. 必须让别人知道你在干什么。也就是说像小黄说的那样，他的文章别人都了解。我刚进这个领域一篇文章还都没发的时候，在会议上出过poster。结果居然收到一封匿名信：告诉你一个谣言，xx最近得到这个结果，而我们最近得到这么个结果，你正在做的这个事，能不能往这个方向看看，以便将来出了论文跟我们两家比较？这种竞争也是搞科研的一个乐趣。我下半年开始要转去做的一个课题，上周刚谈完。老板的要求很明白，这是这个领域的最重要问题，我们组现在申请到钱要插进去有所作为。你来了必须take the leadership role，要影响整个community。几十万美元的项目让我做，如果我认为这个项目不够好我拿它糊口我自己私下再做别的秘密项目，我根本就不应该接手，这就是职业道德。如果说我认为现在我发不了好文章，我需要潜好几年好好学习学习新领域，我就应该立即离开物理行业，这就是专业素质。如果让我对物理系大一新生讲话，我的开场白是这样的。欢迎加入物理行业。我们这个行业跟其他所有竞争性行业一样，我们既不比别的行业神秘也不比别的行业高级，尽管我们有很多英雄人物。原文： http://www.geekonomics10000.com/185; 2260 次阅读|6 个评论

追寻终极能源：浅谈可控核聚变: 热度 9 bigdataage 2014-4-17 20:43; 追寻终极能源：浅谈可控核聚变同人于野 0. 序最近中国造了一个被记者们称为”人造太阳”的科学实验装置，代号EAST。这个装置号称可以解决能源问题，最终目标是提供一种取之不尽用之不竭，绝对安全而且还没有污染的能源。在国际上，2006年各方终于签署协议，开启一个有史以来最大的国际科学合作项目，在法国南部的 Cadarache 也建设一个”人造太阳”，称为 ITER。这个项目的总投资在30年之内超过120亿美元，中国也参与了，并且负担前十年大约60亿美元中的10亿。这些装置被称为”人造太阳”，是因为其释放能量的方式跟太阳类似，都是核聚变。不过除此之外他们跟太阳就没有更多的相似之处了，比如说不管是 ITER 还是 EAST，其设计运行温度都比太阳高得多。本文试图用一般人能看懂的方式介绍一下相关的知识，也就是受控核聚变。聚变能源这个梦，人类已经做了70年。现有的原子能反应堆都跟原子弹原理类似，是利用核裂变。就算能解决其中的污染和安全问题，核原料是有限的，如果放开用的话可能坚持不到下个世纪。而聚变则完全不同，原理类似于氢弹，它的污染要小得多（也不是绝对没有污染），基本上可以说绝对安全，最重要的是其原料可以从海水中取得。理论上一桶水中含有的”聚变原料”所释放的能量等于300桶汽油，所以几乎就是取之不尽的。我们玩的所有即时战略游戏里面都有关于能源的争夺，但受控核聚变一旦做成，未来人类可能甚至根本不必为能源操心。基努里维斯1996年的科幻电影《Chain Reaction》（链式反应）说的就是受控核聚变发电做成了的故事（尽管链式反应其实是核裂变过程），《Spider-Man 2》里面那科学家搞的也是受控核聚变。这的确是个很酷的科学项目。比如你跟人说你是做等离子体的，别人还以为你说的是那种竞争不过液晶的大电视，但如果你说等离子体主要研究受控核聚变，他要不懂的话可能马上要跟你谈风险投资。所以你有义务进一步告诉他，受控核聚变这东西未来50年之内做不成。否则还搞什么国际合作早就保密专利了。上世纪五十年代以前，关于受控核聚变作为新能源的研究，各国都是保密的。后来大家感到实在难做，1958年开了个会全面公开了。受控核聚变现在与其说是一个技术，不如说是一个科学。也就是说大家搞科研主要为了发文章而不是为了专利。霍金说，科学家和妓女是两个能从自己的工作中获得乐趣的职业。这么多人明知道一直干到退休可能都做不成还要继续做，一方面是各国政府的确往里面投钱，另一方面当然这里面也有很多有意思的东西。本文的目的不是为了劝谁给聚变研究投钱，而是为了让更多的人能够体会其中的乐趣。当然我也是想通过写这么一篇文章能够使自己对相关领域加深了解，就好比说想要学好一门学问，最好的办法就是写一本这方面的书。拍电影要找舒淇，搞物理要搞性感物理。核聚变这些东西听起来似乎实用性很强，但是内容显然不如超弦激动人心，不如克隆通俗易懂，不如密码破译有刀光剑影。我以为这门科学的美感在于她的复杂。比如《Physics Today》杂志曾经有篇文章说模拟受控核聚变装置，是目前人类计算手段的最大挑战。不知道有多少新的算法被发明出来在超级计算机上付诸实施，耗费了不知道多少时间，和计算机时间。我希望能够找到什么办法让人能够理解这种复杂性。做了一点前期准备工作，找了至少五本参考书。正如费曼说物理学的发展往往超过书籍出版的速度，我将参考最新的文章资料，也要用到 google 和 wikipedia。（在网上灌水这么认真的人不多吧）如果谁看完这个系列文章之后能跟一个等离子体专业的研究生说出一件他也不太清楚的事情来，那是我最希望看到的结果。我本人还是个菜鸟绝非专家，此文属于抛砖引玉，错误在所难免。如果有专家看到一定要批评指正，不要客气，因为万一有中学生看见别误人子弟。同时也请提醒我不要错过任何有意思的内容。费曼说，如果你不能用通俗语言来描绘这个事情，说明你自己没有完全理解。我要尽最大努力让一般人能够看懂。如果你看完觉得受控核聚变特别简单，你错了。如果你看完觉得这些东西特别难，我错了。本文将会出现几个数学公式和一些图表。霍金写《时间简史》的时候只保留了一个公式，因为有人跟他说每一个数学公式都会使读者减少一半。我认为千言万语也不如一个公式说得明白，谈物理不用公式就好像日本人拍AV打马赛克一样不够意思。当然最后如果这篇文章没什么点击率，我可以说都是那些数学公式造成的，正确计算应该把点击率乘以2的数学公式总数次方。下面用一段经常被科普读物放在前言部分引用的话自勉：物理学家 Leo Szilard 有一次向他的朋友 Hans Bethe 宣布他想写日记。”我不打算发表。我只是把事实记录下来作为向上帝提供的信息。” “难道你不认为上帝知道这些事实么？”Bethe 问。 “是，”Szilard 说，”他知道这些事实。但他不知道这个版本的事实。” （Hans Christian von Baeyer, 《Taming the Atom》） 1. 聚变ABC （上）费曼给本科生上课的时候第一件事是告诉学生，如果现在出现什么大灾难导致这一代人类灭亡，以至于只能给下一代留下一条科学知识，这条知识就应该是”东西是由原子组成的”。这么说当然也不严密，比如说光，就不是原子组成的。为了理解核聚变，我们不但要知道东西是原子组成的，还要知道原子是什么组成的这是一张最常见的原子结构图，从这张图我们看到原子分为原子核，和核外的电子。这些电子的轨道被人用在好多 logo 上，简直成了科学本身的象征。有人由此联想到太阳系，原子核就好像太阳，电子们就好像行星，并由此进一步想到原子里面是不是也有大千世界？有没有人住在电子上？答案是不太可能，因为这张图完全画错了。电子没有轨道。原子核外哪怕只有一个电子，它也无处不在，它同时出现在原子核周围的所有区域。你甚至不能说”这个电子的位置是。。。”，因为在这种微观尺度下位置这个概念本身都有问题。如果电子上面真有一个人，这个人也必然同时出现在”原子小宇宙”的所有地方。一旦到了微观尺度，我们生活中习以为常的很多观念就完全不好使了，后面我还要介绍另外两个怪异的事实。如果把原子”放大”到足球场那么大，那么原子核的尺度比一个乒乓球还要小得多，但是这个足球场的全部质量几乎都集中在这个超小乒乓球上。原子核由带一个正电荷的质子（图中日本人说的阳子，按英文用 p 表示）和不带点的中子（n）组成，而电子（e）带一个负电荷。这张图的另一个误导之处是似乎质子和中子就好像两种小球互相挤压，排列在特定的位置上。实际上质子中子也”同时出现在所有地方”，只不过在原子核的小小区域内出现的概率远远远远大于其他地方而已。质子和电子之间有电磁引力，使得电子围绕在原子核周围不跑，而质子和中子之间靠所谓”强相互作用”，也可以称为”强力”，粘在一起，这个力在这么小的区域内强度远大于质子之间的电磁斥力，保证原子核不散架。一个原子的”种族”，取决于其原子核有多少个质子。比如氢原子有一个质子，氦原子有两个质子，锂有三个，元素周期表就是这么排的。中子的数目大体跟质子数相同，但是也有出入。只有中子数不同的原子称为同位素。比如标准氢原子不含中子；氘，氢原子的同位素，由一个质子和一个中子组成；氢的另一个同位素氚，则有两个中子。中子数目不改变原子的任何化学性质，同位素仅仅是质量不同。核外电子的数目”正常”情况下等于原子核内质子的数目，保证整个原子不带电。但也有时候会有一个或几个电子被撞击出去（电离），这样原子就成了离子。可以说如果质子数决定原子的”种族”，电子数则决定他的”个性”。质子和中子的质量差不多大小，而电子质量则是质子的1/1837。物理学家已经可以精确计算单个质子，中子，电子，和原子核的质量。现在第二个怪异的事实出现了：原子核的质量，小于组成它的质子和中子的质量之和，2小于1加1。在生活中如果你把两块小橡皮泥捏成一块大的，质量绝对不会减少吧。正是这个怪异的事实才导致了利用原子能的可能性！这时候要用相对论了，E = mc^2，这个公式告诉我们的事实是质量和能量之间可以互相转化。当几个质子和中子”结合”起来组成原子核的时候，他们要损失一点质量，把质量转化成用于结合的能量，这个能量差异就是”结合能”：上面这个图表现了氦原子核（也叫阿尔法粒子）的结合能。两个质子加两个中子的质量比整个原子的质量大，这个能量差异是 0.0304 u，也就是说结合能是28.3 MeV。这里的eV是物理学用的能量单位，一个电子伏特相当于1.6×10^(-19)焦耳，一焦耳相当于把102克东西抬高一米所需要的能量。MeV也就是百万电子伏特，按照爱因斯坦的质量能量转换公式，一个电子的质量全部转化成能量的话，是0.5个MeV。至于说到底是怎么转化结合在一起的？这就绝非本文所关心的了。如果把质子和中子统称为”核子”，那么对于不同原子，其原子核的结合能除以组成原子核的核子数，也就是平均到每个核子牺牲自己质量来”贡献”多少结合能，对于不同原子来说可能大不相同。有些原子核相当松散，有些则相当紧密。这张图的横坐标是不同原子的原子核中的核子数，也就是质子数加上中子数；纵坐标是平均到每个核子身上的结合能。可以发现铁原子的平均结合能最高，因此铁原子的原子核也最稳定。那些原子数特别大的原子，其平均结合能慢慢减少，原子核趋于不稳定（”结合”不住了），一个大原子核有可能在某种条件下分裂成几个小原子核。这就是为什么元素周期表上只有有限多个不同的原子，因为太大的原子不能稳定。注意这里说的”稳定”是原子核的稳定，指原子核是否容易分裂，它不同于化学意义上的稳定。化学稳定是说其核外电子容不容易被电离出去。如果跟化学稳定性比较，注意到把氢原子电离一个电子出去只需要13.6eV的能量，也就是说原子核的结合能相当于核外电子电离能的一百万倍，这就好比说改变一个人的种族要比改变他的个性困难得多的多。现在可以谈谈原子弹的原理了。从上面图中可以看出铀235的平均结合能比较低，在一个慢中子的轰击之下，它就会发生裂变，如下图：这个反应过程可以用一个公式来描写上面的235表示这个大原子一共有235个核子，其中包括92个质子，看来中子比质子多了不少。我们知道U235的平均结合能较低，而 Ba137 和 Kr97 的平均结合能都比它高，可以想见反应式右边粒子的总质量比左边要低一些。这个容易想通吧，注意到原子核质量 = 其中核子的总质量 – 结合能，结合能越低，原子核质量越高。上面这个反应过程并不是唯一的，有时候会产生两种其他的原子，和3个中子。但如果你数一数反应式两边质子和中子的总数，会发现是相等的。也就是说没有哪个核子消失自己来贡献能量，这叫做” 重子数守恒”。能量差异仅仅是原子核的结合能。反应式两边的质量差异必然转化成右边粒子的动能，Q 表示多出来的能量，这里大约是200Mev。这就是原子弹的能量来源。右边的两个中子获得了巨大的动能，他们必然还要继续轰击别的U235原子核，这就是链式反应：　整个链式反应的过程是在瞬间完成的，比如说爆炸一颗原子弹只需要百万分之一秒就可以完成两百代，把整个核材料反应完毕。但是如果铀块的体积不够大，中子可能还没有碰撞到铀原子就出局了，中子数目越来越少，链式反应就不能完成。所以铀块有个”临界体积”，只有大于这个体积才可以。天然铀中， 99．3％是铀238，0．7％是铀235，而铀238不会因为碰撞中子而裂变，这就是为什么制造原子弹需要浓缩铀。顺便发一张原子弹结构图：可见只要有了浓缩铀，原子弹还是不难制作的，你所要做的仅仅是先把铀分成两块，每块都小于临界体积，但是合起来大于临界体积，然后。。。。。。怎么和平利用裂变核能呢？原理是用碳化硼或镉制成的控制棒来吃掉中子，通过调整控制棒来减缓链式反应的速度，如下图的最右端：与此同时还需要对反应出来的快中子进行减速。这样做一方面是因为快中子会被铀棒中的铀238吸收而不能继续引发链式反应（原子弹中铀235纯度高得多，所以不存在铀238吸收快中子的问题），另一方面慢中子跟铀235反应发生裂变的几率更大一些。中子减速的常用办法是让快中子通过重水（也就是氢原子的同位素，氘，组成的水，后面我们会详细说氘）或者石墨，减速中子的过程正好获得的热量来发电。本文重点不是核裂变，就不多说了。 2. 聚变ABC （下）最”主流”的打算用于发电的核聚变反应是这样的：这就是氘氚聚变。上面的两个参与反应的原子核，也就是燃料，是氘和氚，他们是氢原子的同位素。我们已经知道氢原子核就是一个质子没有中子，而氘（D）原子核由一个质子和一个中子组成，氚（T）包括一个质子和两个中子。这个反应的结果是一个氦原子核（也可以说是被剥离了两个电子的氦离子）和一个中子，用公式表示：正如前面讲过的裂变反应，两边质量不同，导致右边出现了多余的 17.6MeV 的能量，作为反应生成物的动能。第一个图更直观的显示了动能的分配，氦离子得到了3.5MeV，而中子得到了14.1MeV。获得这样的动能，它们的速度在每秒一万公里以上。如果粒子的密度不是很低，人们一般把这样的高速运动称为，爆炸。下面是几个常”见”的聚变反应：图中这四个反应式中我们可以看到第一个和第四个产生的能量产出最高。注意第四个的反应的燃料是氘和”氦3″，氦3正是我国打算登月去寻找的聚变原料。后面我们将会说说氦3，现在还是回到第一个，也就是氘氚聚变。我们首先看到这个聚变反应获得的能量比前文说的铀235裂变能量效率高很多。铀235裂变中，236个核子参与反应只得到200MeV左右的能量，而这里5个核子就得到了17.6MeV，也就是说单位质量的核燃料，聚变得到的能量是裂变的3倍左右。这就是为什么氢弹的威力远大于原子弹。实际上氢弹用的也是这个反应方程。这个效率高到什么程度呢，一个百万千瓦的火力发电站，每年消耗的煤是210万吨；如果这个发电厂是裂变核电站，它需要30吨的核燃料。可如果它是核聚变发电厂，燃料只需要600 公斤。再来看看燃料来源。氘广泛存在于水里（氘和氧原子组成的水就是重水），每 6700个（也有说法是5000个）”正常”氢原子中就有一个是氘，一升海水中包含的氘所能释放的能量相当于300升汽油。海水中所包含的氘，在人类想象力的范围内不可能用完。而且从海水中提炼氘是容易的，1987年出版的书说1克氘的成本是1美元，而2002年的一篇文章则说1公斤氘才需要300美元，看来越来越便宜。相比之下1公斤浓缩铀的价格是12000美元。自然界几乎没有天然氚，因为氚具有放射性会衰变，半衰期大约是十几年。制备氚的最常用办法是让中子跟锂反应：或者跟锂的另一个同位素也可以。实际上氢弹正是这么做的。锂金属同样便宜而丰富，1987年美国的价格是每公斤只要20美元。而且按照这个价格，美国可以至少提供500万吨。中国的锂储备怎么样呢？中国的锂储藏占世界总量一半以上。陆地储藏的锂至少可以供做燃料3万年，如果海里的也算上则是3000万年。按1987年的价格，世界消费者平均花费在1G（10^9）焦耳电能上的钱是20美元。而如果采用核聚变，假设聚变产生的能量只有1/3被实际利用的情况下，1G焦耳所需要的燃料（氘和锂）的花费只有不到0.004美元。换句话说聚变燃料的价格几乎就是可以忽略的。说起来地球上的氘还是早期宇宙大爆炸后长达一百万年的聚变反应没全没用完剩下的。信上帝的人很可能会喜欢这个事实，造物主盖好房子之后还剩下一点钱，就看子孙们有没有本事取用了。可惜聚变发电就好比90年代末在中国玩计算机游戏，虽然游戏软件本身都是盗版基本不用花钱，但是电脑的价格可不便宜。鱼倒是有的是，但是很难渔，而且鱼竿什么的巨贵。两个原子核要想聚变，他们必须靠的足够近。这就决定了两个正常原子之间是不可能发生聚变的，因为他们所带的电子互相排斥的很厉害。所以第一步必须把电子剥离（这一步比较容易做到），变成纯原子核，也就是离子的状态。但是两个离子都带正电，他们也是互相排斥，我们知道电磁斥力反比于距离，距离趋近于无穷小，斥力就趋近于无穷大，如果这么说的话根本不可能”聚”了。好在当距离近到一定程度，原子核之间会感受到强相互作用的吸引力！吸引力和电磁斥力之间共同起作用的结果就是下面这个势能曲线：曲线的最高点称为库仑屏障。想像这是一座小山，你要滚动一个球，让这个球越过小山。显然球的动能越大它爬得越高，在我们日常生活的这个经典世界，只有它的动能大于库仑屏障，球才能越过这座山。这时候发生在原子尺度的第三个怪异的事实出现了：哪怕入射粒子的动能小于库仑屏障，它也可能翻过山去！这种现象叫做”量子隧道效应”，可以用下图来描绘：注意这里说的是可能性，是说存在一定的几率，而且动能与势能屏蔽的差距越大，这个几率就越小。隧道效应实在是个一个非常奇特的现象，有点像传说中的穿墙术。不过它并不神秘：一个大三的物理系本科生就知道怎么精确计算穿墙几率，而且它还有广泛应用，比如说隧道扫描显微镜。有时候我想生活中人其实也存在不为零的几率穿墙而过，无非就是克服电磁相互作用的势能壁垒，只不过这个几率无比无比的无比小而已。但不论如何，要想让聚变反应发生的几率大到可以接受的程度，必须让氘和氚离子以极高的速度碰撞。下面这张图显示了两个粒子一对一碰撞的话，各种不同聚变反应发生的几率相对大小，跟这个入射粒子的动能之间的关系：从这张图可以看出在入射动能不”太”高的情况下，氘氚聚变发生最容易。有了这张图我们就可以精确计算如果你把一大堆氘离子和一大堆氚离子放在一起，让他们相互碰撞的话，反应率是多少。可以想象要求这些粒子都高速运动，而物理学家定义的温度就是粒子的平均动能，也可以索性就用能量来标记温度。（韩乔生显然对平均动能另有定义，叫做”热度”。 “今天沈阳的温度是11度，湿度是70%，热度是99%，呆会能达到100%。。。现在热度达到了200%” – 摘自《韩大嘴语录》）温度是决定性的，这就是为什么聚变也叫”热核反应”，也正是因为这个原因爆炸氢弹需要先引爆原子弹来提供足够的高温。反应率当然也跟离子数的密度有关，密度越高，发生的碰撞就越多，也就越容易发生反应。实际上反应率 R = n_D*n_T*σV。n_D 和 n_T 是氘和氚的密度，而σV完全由这些离子的平均动能，也就是气体的温度，决定，如下图可见氘氚聚变的反应率在温度是100keV（1keV的平均动能差不多对应温度是1100万摄氏度）左右的时候达到最高。再结合R = n_d*n_t*σV这个公式，我们可以得出结论，要想提高聚变的反应率，一方面要高温，如果温度不够高，那么密度就必须高 – 比如说像太阳核心密度那么高。太阳能正是来自于其核心发生的聚变反应，其过程差不多是这样的：需要提到并非所有恒星都按这几个方程反应。整个太阳的结构是这样的：其核心温度在1500万度左右。这个温度在反应率曲线上并不算高，但是太阳核心因为自身引力压迫的原因，粒子密度非常高。碰撞次数多了，就算单次碰撞发生反应的几率低也没问题，这就好比说有些人本来品质不错贪污的几率很低，但是如果周围诱惑太多的话就难保不湿鞋了。有的情况是诱惑的多少，有的情况则是诱惑的大小。在地球上搞”人造太阳”第一条就是必须降低密度，否则高热加高密度必然爆炸就成了氢弹了。首先必须把实验装置中的空气完全抽走，然后再放入极少量的氘氚气体，再把它们加热反应。比如在一个体积是100 立方米的托克马克中，氘氚气体的总质量只有0.01克。密度这么低，这就要求实验的温度要极高，托克马克中氘氚的温度要达到一亿甚至两亿度，比太阳高得多。因此需要极多的能量来加热点火。早在1929年，人们刚刚意识到热核聚变可以用作能源的时候，苏联某官员曾经许诺把列宁格勒市一小时的全部电力输出共给一个科学家让他做实验，被他明智地拒绝了。今天提供这些热量给托克马克点火已经可以实现了，简单说是利用激光，或者低频混杂波。（不过要加到更高的温度，像现代粒子加速器那样，有时候仍然会威胁附近城市的用电。比如西欧核子中心附近的城市曾经要求他们冬天少做几次实验，好让有电居民取暖。）低密度没问题，高温点火也没问题。问题是怎么维持这个温度。这就是托克马克的全部难点所在！我们先按下不表。从上面的讨论可以知道，让核聚变发生，最关键的条件是高温。那么”冷核聚变”又是怎么回事呢？温度不突出，密度不突出，什么突出呢？即使是量子隧道效应允许，反应率也绝对不超过10的负70次方！难道反应率曲线错了么？有机会的话我们可能会讨论这个问题。在全面介绍托克马克之前，还有一个很有意思的问题。我们在这一章看到氘氚聚变是”最容易”发生的聚变反应。氘氚聚变要求的温度最低，而且原材料还无比便宜，那么为什么会有人对氦3这么感兴趣呢？ 3. 登月的理由『中国政府计划于2009年把宇航员送上月球，并最早在2015年开始开采氦3。』 – 摘自国外某研究生2006年选修《聚变与等离子体》课程的学期报告。我不知道这哥们从哪看到的中国登月计划，反正他比所有中国人都乐观。如果你在1960年代问肯尼迪美国为什么要登月，他很可能会回答你因为不能让苏联先登月。这个回答放在今天不算特别漂亮，给人感觉很像形象工程。所以如果现在你问中国政府为什么要登月，答案一定会提到氦3。氦3是一种聚变能源。前文中我们曾经提到四个最容易实现的聚变反应：其中的最后一个就是氘核与氦3原子核反应，生成一个氦4和一个质子，并释放大约18MeV的能量。”正常”的氦原子核是氦4，里面是两个质子和两个中子，而氦3则只有两个质子和一个中子。氦是一种很常见的东西，比如做广告用的那中大气球和飞艇里面就是氦气，它比空气轻，但比氢气安全得多。地球大气之中氦气的含量挺高，是百万分之5.2。看来广告气球里面的氦气不太可能直接从空气中提取，但总之氦气肯定很便宜。可惜地球上基本上没有天然氦3。地球上大约每一百万个氦原子之中，只能找到一个氦3原子。氦3相比于氦4这么稀少的原因在于来源不同。地球上的氦4主要来自于核裂变反应。我们曾经介绍过氦4原子核也叫阿尔法粒子，产生氦4的裂变反应叫做阿尔法衰变。天然放射性物质的衰变就会产生氦4。而宇宙中氦3则主要来自于聚变。地球上显然没有天然聚变反应，不过也有一点氦3。这些氦3来自于氚的衰变。我们知道氚不稳定自然界没有天然氚，但是制作核武器需要氚，比如说通过中子跟锂反应：得到的氚是不稳定的，每隔12.3年就会有一半的氚衰变成氦3和一个电子（应该还有一个电子中微子，根据轻子数守恒）（图中红的是质子）：所以目前地球人手里的氦3主要都是维护核武器的副产品。美国的氦3战略储备大约是29公斤，另有187公斤跟其他气体混合保存。（这些数据可都是 google出来的啊，原文在http://www.asi.org/adb/02/09/he3-intro.html…不过从这个数据难道不可以推算美国一共有多少氢弹么？）可见如果谁想拿氦3做个聚变试验（已经有人做了），原材料是比较珍贵的。在太阳的聚变反应中，大约每产生一万个氦4，就会产生一个氦3。这些万里挑一的氦3还到不了地球，因为他们处于带电的离子状态，接近地球的时候会被地球外面的磁场所俘获。好在它们可以被太阳风吹到月球。据估计月球上大约有100万到500万吨的氦3，足够地球人用上一万年，土星和木星外面的则多得多。大量氦3存在于月球表面阴影区（也叫”海”）中，跟月球土壤混在一起。好像也有一些文章说是被岩石所吸附，但主流意见是土壤。具体怎么个情况还得等中国宇航员上去看看:) 提供相当于现在美国一年消耗的电量差不多需要25吨氦3。为了在月球上得到1吨氦3，根据现在对月球土壤中氦3含量的估计，需要把月球上11平方公里的土地全部下挖3米，再把得到的这些土壤加热到600摄氏度。然后把得到的氦3液化，装载罐子里运回地球，据某个中文科普文章说一架航天飞机一次能运30 吨。怎么说这似乎都不太像2015年能完成的任务。不过你在加热过程中还能得到一些副产品，比如说水。如果愿意加热到900度，甚至还能得到一些氧气。未来世界如果真有上月球开采氦3的那一天，其景象可能是这样的：根据目前的能源价格，氦3的”使用价值”是每吨差不多30亿美元。一顿黄金才2000多万美元，如果谁有氦3可以以150倍于黄金的价格出售。但如果考虑到宇宙航行的运输价格，再加上在月球开采的价格，真不知道30亿能不能打住。跟”主流”的氘氚聚变相比，氦3聚变的原材料显然是天价，而且实现氦3聚变要求的温度还要高得多。那么为什么还有人考虑氦3？所有科普文章对这个问题的回答都是因为氘氚（D-T）聚变会产生一个中子，中子被视为一种污染，因此这个反应不是绝对干净的。而氘和氦3的聚变则只会产生一个质子，质子可以用电磁场控制，所以这个反应是干净的（其实只要有氘就不是完全干净，因为氘和氘也可能聚变产生一个中子，但跟氘氚聚变相比总量非常少）。关于中子的污染我有可能下一章会说说。氦3反应的另一个优势是产生的都是带电粒子，而带电粒子的能量可以直接转化，具体怎么转化的我就不知道了，反正Lawrence Livermore国家实验室做的实验可以把100KeV的高速离子的能量实现60% 到 70%的转化。对于氘氚聚变，能量转化效率大约只有30%。可是这两点能构成追求氦3的理由么？氘氚就算再有污染，也比现有的任何核反应堆都干净的多；就算能量转化效率再低，可是原料太便宜了啊！有一种观点认为如果将来在星际航行中用聚变能源，那么因为氘氚反应防护中子很麻烦，为了节省飞行器空间，必须使用氦3。这的确是个站得住脚的理由，但问题是我们距离那个时代还早着呢。氦3是个热门话题。据说日本政府1994年也宣布了要上月球找氦3。到底为什么这么急着考虑氦3？这个问题困扰了我很长时间。我猜测必然存在某种技术上的理由，使得氦3聚变实际上比氘氚聚变还要容易！为此我做了一点调查研究，最后得到了一个略感惊讶的答案。 4. 氦3的政治经济学先简单介绍一下”放射性”，”辐射”这些东西是怎么回事。一个人本质上就是一堆原子，这些原子通过各自电子和质子的互相吸引排斥交叉结合形成分子，DNA等等。如果有一个外来粒子，比如说一个高速电子或者光子打过来，它可能把这堆运行良好的原子机器上的某个原子的电子打飞，导致这个原子电离，就会改变它的带电量，使它跟其他原子的相互搭配出现偏差：如果很多原子都这么被外来粒子造成电离，最后必然打乱分子和DNA的排列组合，人体组织就破坏了。DNA/RNA 乱了就会发生”变异”。当然也可能会发生好的变异（比如把黄瓜种子送上太空回来变成超级蔬菜），但大多数情况下不太好，重的甚至是直接死亡，轻的也可能会传给下一代。这种把原子打电离的行为被称为”致电离辐射”，可以想见，这种辐射需要高速，也就是高能量的带电粒子或者光子。很多人谈论”手机辐射”，或者计算机显示器的”辐射”，那些都是非电离辐射，至今没有直接证据表明手机产生的那么一点点能量对人体真正有害。其实生活中每个人每时每刻都在接受来自宇宙射线的电离辐射。这些宇宙射线就是高速带电粒子，用一个盖格计数器可以很容易的探测到。好在我们受到的辐射很少。地球外层空间有大量的高速带电粒子，多亏地磁场和大气层的保护，绝大多数到不了地面。这就是为什么要把种子送到太空去接受辐射。对于宇航员来说，辐射是个严重问题，至今没有什么好的办法来防护。地球磁场的尺度比地球半径大得多得多，因此空间站上的宇航员呆一两年受到辐射也可以忍受。但如果去火星的话，受到的辐射剂量是相当大的。大约两年前看纽约时报的报道，火星登陆计划的一个重要难点就是怎么防护宇宙射线的辐射，这个难可能点还没有解决。地面上的高速带电粒子都是来自放射性衰变或者核反应，或者粒子加速器。说一种物质具有放射性，意思就是说把它放在那里它自己就会往外发射高速带电粒子，比如说氦离子（α衰变），电子（β衰变），或者光子（γ衰变）。这就是为什么说放射性是一种污染。裂变反应堆反应出来的副产品往往具有放射性，必须把它们妥善保管远离人群，称为核废料。相比之下聚变反应的废料是氦4和中子。氦4很好，就是气球里那种气体。但中子就很有问题了。中子不带电，从这个角度它不可能直接导致致电离辐射。但正因为中子不带电，它很容易直接接触原子核，导致人体内分子断裂。中子弹就是用这个原理，号称只杀人不拆房子。但由于中子可以用重水或者石墨之类的东西来防护，它的”直接伤害”并不大。聚变反应中子的真正麻烦之处在于中子可以跟反应装置的墙壁发生核反应。用一段时间之后（根据一本讲主流聚变的书是三五十年，根据一篇讲氦3的文章是十来年）就必须更换，很费钱。而且换下来的墙壁可能有放射性（取决于墙壁材料的选择），成了核废料。还有一个不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墙壁反应。因为这个原因，有人认为氘氚聚变只能算”第一代”聚变，优点是燃料无比便宜，缺点是有中子。 “第二代”聚变是氘和氦3反应。这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。 “第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这种聚变完全不会产生中子。但正如有人指出的，只要是核反应就不能说绝对没有污染，具体怎么样必须让实践回答。理论上讲，第三代反应堆可以直接放在宇宙飞船上了。这个反应堪称终极聚变，就好像《变形金刚》一样，只需要收集一种”能量块”，不用考虑营养搭配。虽然地球上没有，但月球，木星，土星上都多得是，用不着抢。第二代和第三代聚变反应的方程：飞船上用氦3的另一个好处是产生的反应物都是带电粒子，可以用电磁场的方法向外喷射直接当发动机。如果是一大堆中子就很难控制了。但尽管如此，很多聚变发动机的设想仍然是使用更容易实现的氘氚聚变（喷射α粒子），比如下面这个：如果用氘和氦3聚变的话，因为产生的质子也带电可以用来往外喷射，显然效率会大大提高。聚变发动机的最大优势在于燃料重量很轻，可以大大缩短航行时间。所以如果人类已经是巧妇什么饭都会做，氦3这种米显然味道最好。题是，如果现在我们连第一代聚变都不会做，为什么还有这么多人谈论氦3呢？根据拉姆斯菲尔德的分类法，美国在反恐战争中面临的困难包括 “已知的已知”，”已知的未知”，和”未知的未知”。我们前面所讲的所有东西都是”已知的已知”。下面要介绍的将是”已知的未知”了，话题很可能会引起争议。对于受控核聚变来说，温度是最关键的。氘氚聚变需要的温度是10KeV （相当于1亿度），而氘与氦3的聚变，要想达到一个”体面的”反应率，需要的温度是100KeV。达到这个温度并不难，比如日本的JT-60已经实现了 50KeV。可是温度越高，保持这个温度也越困难。从这个角度推测，氦3聚变必然比氘氚聚变要困难。既然如此为什么有这么多人谈论氦3，难道他们都是小学还没毕业就设计博士论文么？在一本1997年出版的书里面，以及在网上搜索氦3聚变，所有链接都最终指向威斯康星大学的聚变技术学院中的一个实验室。这个实验室实现了氦3的聚变反应。更有意思的是，他们用的办法不是主流的托克马克或者惯性约束，而是”静电场约束” （Inertial-Electrostatic-Confinement，以下简称IEC）。这其实是一个已经有几十年历史的设计（也叫fusor），其原理如下图：图中半径45厘米的大球是一个真空室，里面有一个半径10厘米的金属网格。真空室的电压为0，而金属网格带有10万伏的负高压，这样就形成了一个电场。因为参与聚变反应的原料都是带正电的离子，它们一定在电场作用下会以高速往中间跑，并且来回震荡，在碰撞过程中就会发生聚变反应。相对于ITER那样的庞然大物，IEC整个装置并不是很大（这哥们不会找我要肖像权吧）：内部的金属网格闪闪发光：在这个装置上已经实现了稳定的氘-氦3聚变，反应率达到了每秒260万次，产生了大量质子，但输出能量远小于输入能量，目前还远远不足以用来发电。目前 IEC的实用价值主要是可以作为一个便携式的中子和正电子产生器，比如说用于医学。我本能的反应是，这种有点另类的装置是否能独辟蹊径？具体说，就是: “静电场约束”+氦3，在技术上是否比主流+氘氚，更有可能早日实现聚变发电？有调查研究才有发言权。在网上根本搜索不到上面这个问题的答案。所以我做的调查研究非常简单。我直接给这个实验室发了封电子邮件。我提出了两个问题：1）对于氦3聚变来说，IEC是否是比主流装置更有优势？2）对于IEC来说，相对于主流的氘氚聚变，它是否更愿意进行氦3聚变？回信非常实在：1）主流不做氦3，是因为主流装置都是专门设计的大型装置，当然要做更现实的氘氚聚变；2）即使是对于IEC来说，也是氘氚聚变更容易。对于氦3，因为它有两个质子，所以如果能把氦3原子的两个电子都打掉，它的带电量就比氘氚高一倍，从这个角度来说的确在IEC里面更容易加速。但他承认，目前还不知道怎么打掉第二个电子。在回信中这个哥们还告诉我一个我在网上没看到的情况，就是要想增加反应率，必须提高能量输入，但反应率似乎有一个上限，接近这个上限的时候你增加很多很多能量，反应率却只增加一点点。后来我在wikipedia介绍fusor的条目中查到了其中的本质原因。静电场约束只能约束带正电的离子（中心网格带负电），或者只能约束电子（中心网格带正电），但不能同时约束离子和电子。IEC的情况是真空室里面能达到中心的只能是离子，而这么多离子聚在一起他们会互相排斥，也就是说密度高不了。这也就意味着反应出来的能量密度高不了。而托克马克里面是同时有电子和离子的，只不过他们互相自由运动而已，所以托克马克可以达到相对比较高的密度。正是因为这个原因，有人认为IEC装置永远也不可能实现聚变发电。其实还有一些其他的装置可以实现氦3聚变，但目前为止氦3聚变的”主流”是IEC。然而IEC是聚变发电的”非主流”，它固然有很多具体应用，可是发电看来希望渺茫。除非将来发现”未知的未知”，否则氦3必然是一个比氘氚还要遥远的梦想。所以我发现的答案是这样的：为什么这么多人谈论氦3？因为科学家需要发表论文。我曾经看到一个非常长的宣传氦3的演示文件，前面相当大的篇幅居然是从能源危机开始谈，到最后也没说多少技术可行性。氦3的确很遥远，但NASA有不少经费支持聚变发动机。登月需要理由么？仅仅带动一个国家相关学科发展这一条，它就不可能是形象工程。所以我认为登月就好好登月，没必要非得说氦3。原文： http://www.geekonomics10000.com/120 http://www.geekonomics10000.com/122 http://www.geekonomics10000.com/124 http://www.geekonomics10000.com/127 http://www.geekonomics10000.com/129 “微型太阳”诞生美国核聚变技术取得突破 Laser fusion experiment extracts net energy from fuel Milestone is passed on the long road to fusion energy. Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion; 9634 次阅读|15 个评论

谭人中：浅谈所谓"论坛": Fangjinqin 2010-4-11 10:39; 按语:在论坛上，我看到一位思想活跃的谭人中先生.他已经近60了，其实他也不是地道的科研出身，可是他有一鼓对学术执着的追求精神，很难得啊！我个人主持这个论坛和博文比赛，我所做的事情都责无旁贷的，仍然还不能适应发展的需要，目前比赛正将进入热潮，希望大家都以主角姿态，多提建议，多发博文和评论。目前的博文比赛正酣，人在征途中，路遥知马力，期盼广大网友向着论坛的目标发起冲击啊！（方锦清）下面是老谭的来信和博文。方老师，您好！本不想再言语，但仍感觉一种不吐不快之意，故又成一短简。不当，请指示。谢谢您！并颂学褀！人中敬上谭人中：浅谈所谓论坛现在的论坛，很容易让人联想起以前称之谓的擂台。二者的内涵概念颇有相似之处，按现在的流行说法，实际上就是所谓的博弈之所，只是前者大致以文的形式出现；后者以武的方式居多。博弈首先反映的是在一种平等的对局中，发生的对抗行为，这是古已有之的定义［ 1 ］［ 2 ］。所以就《复杂论坛》而言，我的理解，其必定也是在一种平等（开放）的氛围中，就某一议题从学术的意义上，在理念、观点方面发生论辨、碰撞、探讨的行为。就宏观而言，国家的学术繁荣进步，也必定会以类似于论坛的微观形式，来体现其宏观面上的百花齐放、百家争鸣。所谓百家争呜、百花齐放的局面，实质上就是一种开放的态势，是相对封闭的独尊某术而言的，它的学术功效将是使学术思想放开、激活人们的创造能力，让人们的思想从一技一术之狭隘，发展成百花齐放的繁荣。因此，这种论坛相对我国的学术界而言，本身就是一种由封闭转向开放的过程。就我参加论坛活动后的这段时间而言，其论坛氛围正在经历这个过程，并在朝向这种开放进步；但不可否认，仍有封闭的成份作崇，远未达到钱老在加州理工大学的感觉：后来我转到加州理工学院，一下子就感觉到它和麻省理工学院很不一样，创新的学风弥漫在整个校园，可以说，整个学校的一个精神就是创新［ 3 ］。但稍稍的注意一下，方锦清老师在论坛活动开展以来，在各学子的博客上奔走相告、四处留言，所努力追求的不就是在营造这种学术氛围吗？老一辈科学家的敬业精神，我以为我们年轻一代应尽快、尽可能地传承下来，一旦这个目的达到，钱老的加州理工概念不就是当今我们的学术氛围了吗？中国需要钱老的科学精神指出的学术方向！也需要更多为实现这一方向铺垫基石的方锦清式老师们作出的努力！更需要学子们为传承科学精神，在科学发展中成为中坚力量的定位！只有这样，一个朝气勃勃、富有生机的科学繁荣时代才能在中华大地出现，让我们怀着热切的心情，去迎接这个伟大时代的来临吧！［ 1 ］《论语阳货》：饱食终日，无所用心，难矣哉！不有博弈者乎？［ 2 ］清戴名世《财神问对》：聚为博弈，出为盗贼。［ 3 ］钱学森最后一次谈话 :中国大学缺乏创新精神 2009 年 11 月 05 日 05:22 人民日报; 个人分类: 学术交流|3970 次阅读|1 个评论

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