现在核聚变技术的成熟的应用就是氢弹。不过基于核聚变技术可以产生巨大的能量，很多国家，包括我国都在积极研究和平核聚变技术，即实现人工控制核聚变，使它用来发电，就像裂变一样。但是也正因为能量太大了，使它极不受控制，现在仅有的成果就是能够利用托卡马克装置实现2000～5000万度以上的人造太阳，普遍能仅仅能维持数十秒钟。日本在2000万度的温度下，使“太阳”稳定地存在了31分钟45秒。
可控核聚变就是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和较重的核和一个极轻的核的一种核反应形式，可控核聚变如果可以实现的话是美好的，可以维持地球上资源的平衡。
可以应用在航天方面，也可以应用在医学方面，可以应用在科技方面，还可以应用在建设方面，也可以应用在武器制造方面，这些都是可以应用的方面。
知识分子 The Intellectual
1989年12月18日，萨哈罗夫的送葬队伍，从列别捷夫物理研究所（the Lebedev Physics Institute）行进到莫斯科卢日尼基（Luzhniki）| 图源：Elena Bonner
编者按
继对英国物理学家、核医学家罗特布拉特（Joseph Rotblat）和美国化学家鲍林（Linus Pauling）的介绍之后，本篇介绍另一位为控制、消除核武器努力奋斗的苏联科学家—— 萨哈罗夫 （Sakharov），为这个 “去核” 的小系列划上句号。
萨哈罗夫的特别之处在于，他是苏联氢弹项目的主要设计师，被称为苏联的 “氢弹之父”，三次荣获 ” 社会 主义劳动英雄（Hero of Socialist Labour）” 称号。1953年8月12日，苏联首颗氢弹试爆成功后，面对不断增加的核试验，萨哈罗夫对核武器的危险，包括核辐射对人类 健康 的影响进行了诸多反思。他不断敦促苏联停止核试验并因此付出了沉重的代价，包括剥夺了所有的荣誉，驱逐隔离到偏远的荒郊。
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撰文 | 邸利会
责编 | 冯灏
图1 1989年12月14日，萨哈罗夫在跨地区人民代表会议上 | 摄影：I. Zarembo
力量的平衡
博士论文答辩后不久，1948年7月，萨哈罗夫被安排进导师塔姆 （Igor Y. Tamm） 领导的研究小组，进行氢弹的研制。
三年前，广岛遭原子弹轰炸后，苏联的原子弹研制受到了斯大林的极大重视，打破美国的核武垄断成了当务之急。他任命贝利亚 （Lavrentiy Beria） 为总负责。臭名昭著的贝利亚，秃头、戴着眼镜，也是克格勃的头。科学方面的负责人是物理学家库尔恰托夫 （Igor Kurchatov） 。在全国的众多秘密设施中，库尔恰托夫领导的莫斯科郊外的第二实验室 （“Laboratory No. 2”） ，以及它的分支机构Arzamas-16是核心。
Arzamas-16 在1946年春天选定，位于莫斯科以东400公里外，靠近Sarov镇。一片大约250公里的隔离区划了出来，就在大森林的边上。宏伟的教堂、恬静的农庄，卧在林间的木屋…… 如果忽略带着倒钩的铁丝网、戒备森严的守卫、排着队早出晚归的劳改队伍，Arzamas-16其实还算是个幽美的居所。
图2 Arzamas-16，也称为Volga office或者Los Arzamas。
1949年8月，苏联的首颗原子弹爆炸成功。几个月后的1950年3月，萨哈罗夫从莫斯科移居到了这个秘密基地。
与处于半饥饿状态的莫斯科相比，Arzamas-16就像是天堂，科学家们收入不菲，衣食无忧。甚至政治局里有人抱怨说，这里就像是一个疗养院。
斯大林相信，如果给予这些科学家 “适当帮助”，他们可以和外国科学家一样，出色地完成任务。
尽管情报人员无处不在，揭发举报盛行，每个人都有严苛的保密要求，在这里工作的科学家却可以顶住压力，全身心投入工作。支撑他们的精神力量是爱国主义。
萨哈罗夫后来回忆说，他知道核武器的恐怖，没人性，但二战一样的反人道。但二战的时候，他没做成战士，在眼下的这场新的“科学战役”中，他把自己看成是一名战士。
这不仅是他一个人的想法。他注意到，库尔恰托夫不仅口头上说他们是战士，有时候在信件或者备忘录后面的签名都是 “战士库尔恰托夫”。
“我们 （我这里的说法不仅代表我自己，因为在这种情况下，道德原则是以一种集体的心理方式塑造的） 相信，作为在世界范围内实现平衡的一种手段，我们的工作是绝对必要的。” 萨哈罗夫说。
在这样的心理支撑下，进行任何有关核武的道德讨论，似乎没太大必要。
至少在1953年苏联试爆第一颗氢弹之前，就个人而言，萨哈罗夫的内心非但没有任何挣扎，还充满着干劲——
“因为全神贯注于这唯一的目标，也许还因为靠近劳改营和严格的管理，我们被激励着，全身心地投入到工作中去...... 除此之外的其余世事，似乎在两道铁丝网之外，很远很远的地方…… 这需要经过多年的时光，剧烈的动荡，新的潮流才能撼动我们的世界观。”
意外的幸运
参加核武器的研制，于萨哈罗夫的学术而言，也是一件幸事。
战后的苏联知识界，在斯大林的统治下，正经历一场浩劫；而他所在的物理领域，正是因为有了核弹的研制任务，才不至于像其他学科那样惨遭灭顶之灾。
1947年5月，斯大林对三位作家说——
“拿我们中的知识分子来说，科学知识分子、教授、医生，在苏联的爱国主义方面，他们没有受过足够的教育。他们对外国文化有一种毫无道理的钦佩。他们都觉得自己还未成年，没得满分，他们习惯把自己想成是永远的学生…… 开始是德国人，之后是法国人，对外国人崇拜…… 一个简单的农民，不会平白无故地摘下帽子，低头；但这些人，没有足够的尊严和爱国主义，不了解俄罗斯扮演的角色。”
斯大林还给几位作家看了一份即将发表的信，里面谴责苏联科学家，竟把一篇治疗癌症的论文寄到美国的出版机构发表。
反对外国文化的政治风气让学术平庸的李森科 （Trofim-Lysenko,1898-1976） 嗅到了机会。1948年7月，李森科和斯大林见面，承诺如果允许他击败科学上的反对者，阻止他们干扰自己的工作，就可以大大提高农业产量。
全苏列宁农业科学院 （Lenin All-Union Academy of Agricultural Sciences） 马上召开特别会议，审查生物学的现状。李森科在会上的报告经过了斯大林的亲自编辑，其中声称，遗传学不符合马克思列宁主义；遗传学是资产阶级捏造的学问，旨在破坏真正的唯物主义生物发育理论。虽然遭到一些人的反对，但李森科在会议结束时强调，“党中央审查并批准了我的报告”。不久，大量的苏联遗传学家遭到革职，这一学科几乎废掉。
接下来的两年，为了根除外国意识形态的影响，生理学、天文学、化学和民族志方面的会议也相继召开。萨哈罗夫所在的物理学也不例外，一场针对外国物理学理论，尤其是相对论和量子力学的大批判正在发酵。
1948年12月17日，以高等教育部副部长托普切耶夫 （A. V. Topchiev） 为主席的筹办委员会成立，筹划在1949年3月16日召开全苏物理学大会 （All-Union Conference of Physicists） ，讨论苏联物理学的缺点。
然而，大会临近，却突然被取消了。几种不同的说法指向斯大林，是他命令取消批判大会，原因是怕影响到核武器的研制。
根据物理学家阿齐莫维奇 （Lev Artsimovich） 的说法，在1949年3月中旬，三名顶尖物理学家要求贝利亚取消会议，理由是会影响到苏联的物理学，尤其是会对核武器研制造成干扰。贝利亚说，他自己不能下这个决定，得请示斯大林。斯大林同意取消会议，说，“先让他们安心搞。之后我们想枪毙他们，随时都可以”。
就这样，核武的研制部分挽救了苏联的物理学。
1952年，为当年的批判大会准备的部分论文发表，其编辑抱怨说，在和意识里的资本主义残余作斗争方面，苏联物理学家落后于农业生物学、生理学等领域的专家。
当然，这两个学科已然遭到彻底清洗。
物理学家朗道 （Lev Landau） 说，核威慑成功的第一个明证就是挽救了苏联的物理学。
图3 萨哈罗夫的导师塔姆（Igor Y. Tamm, 1885-1971），两人曾开启可控核聚变的研究。塔姆因为切连科夫效应的发现和解释，在1958年与另外两名同事分享了诺贝尔物理学奖。
虽然萨哈罗夫的大量时间被紧张的核武研制工作占用，在此期间，他还是和导师进行了有关可控核聚变的研究。
这项研究在1951年写就，7年后，苏联科学院在日内瓦和平应用原子能会议前夕以俄文出版。其核心思想是用环形磁场，约束炙热的等离子体。他们的这项工作是之后托卡马克 （Tokamak） 等类似装置的发端。
萨哈罗夫到Arzamas-16三年多后，氢弹研发取得了成功。1953年8月12日，苏联第一颗氢弹试爆成功。
10月，32岁的萨哈罗夫当选为苏联科学院院士。这一年，他还被授予了斯大林奖、列宁奖、 社会 主义劳动英雄称号。1955年11月12日，苏联氢弹再次试验成功，次年，萨哈罗夫又被授予了列宁奖、 社会 主义劳动英雄称号。
萨哈罗夫的事业达到了顶峰，他成了苏联的 “氢弹之父”、民族英雄。
他说，“为我们的国家，为世界力量的平衡而制造一件属于苏联的核武器，对这个的重要性我毫不怀疑。被繁重的任务所占据，我非常努力地工作，独创或与人合作提出了几个关键想法。”
不过，在这之后，随着苏联继续核武的大规模试验，他的内心起了变化。
良心的拷问
在1955年的那次核爆之后，萨哈罗夫就表示，希望这样的武器永远不被使用。然而，当时核爆试验的负责人给他讲了一则寓言，言外之意，这不是萨哈罗夫他该操心的事。
之后，萨哈罗夫也请库尔恰托夫去找赫鲁晓夫 （Khrushchev） ，劝说其不要再进行大型的核试验，依然没有成功。
图4 苏联的氢弹之父萨哈罗夫（左）与原子弹之父库尔恰托夫（右）
1957年，库尔恰托夫请萨哈罗夫写篇文章，揭露美国所谓的 “无污染核弹” （“clean bomb”） 。
萨哈罗夫没有把这项任务简单地当成是宣传，他用当时生物方面的数据，仔细做了估算。他的结论是，一个百万吨级的所谓 “无污染” 氢弹，将产生足够的放射性碳，可以引发全球性的持续恶果，——未来的8000年内，将导致全世界范围内6600例死亡。
1958年，在苏联宣布暂停核试验后不久，萨哈罗夫发表了两篇文章 （“Radioactive Carbon from Nuclear Explosions and Nonthreshold Biological Effects” 以及 “The Radioactive Danger of Nuclear Tests”） 。与美国部分科学家 （如美国的氢弹之父泰勒） 以及大多数苏联同事的观点相左，在萨哈罗夫看来，不管核尘降引发的 健康 危害有多小，都已得到科学的证明，那必然就会面临道德上的拷问——这些无辜的生命招惹谁了？
“可怕的罪行已然犯下，我竟无法阻止！无能为力、难以忍受的苦涩、羞耻和屈辱压倒了我。我把脸伏在桌上，哭了起来。这可能是我一生中最可怕的教训：你不能坐在两把椅子上。” 他说。
1961年，萨哈罗夫亲自给赫鲁晓夫写信，坚决要求暂停核试验。1962年，他再次要求不要在大气进行大规模核爆。这些呼吁都遭到忽略。
据说，在一次著名武器科学家出席的中央委员会主席团晚宴上，赫鲁晓夫当面拒绝了他的请求——
“把政治留给我们…… 我们是专家。你就只管制造炸弹，并测试它们，我们不会干涉你…… 记住，我们必须从实力的角度来执行我们的政策…… 萨哈罗夫，不要试着告诉我们该做什么或如何表现。我们了解政治。如果我听萨哈罗夫这样的人的话，我会成为一只水母，而不是部长会议主席！”
萨哈罗夫没有放弃。
在苏联和美国的核谈判陷入胶着之际，他劝说苏联当局，接受美国提出的部分禁止核试验的方案。1963年8月5日，苏联、英国和美国在莫斯科签署《部分禁止核试验条约》，禁止了除在地下外的一切核武器试验。
“我认为莫斯科签订的条约具有 历史 性意义。它挽救了数十万甚至数百万人的生命，如果继续进行试验，这些人可能会丧生。也许更重要的是，该条约是朝着降低热核战争风险迈出的一步。我为自己对莫斯科条约的贡献感到自豪。” 萨哈罗夫说。
在核武器的研制基本完结后，萨哈罗夫和同事们也陆续回归了学术。
1964年，萨哈罗夫成功阻止了李森科的一位亲信当选苏联科学院院士。他宣称，李森科应为苏联生物科学的一段可耻时期负责。李森科被斯大林认为是 “生物学的首席”，即使斯大林在11年前就已经死去，公然反对李森科依然需要勇气，毕竟，李森科和台上的赫鲁晓夫依然亲近。
在萨哈罗夫等人的激烈反对下，这位最终未能入选。据说，赫鲁晓夫极为震怒，号称要解散科学院。不过，赫鲁晓夫在当年10月失去了权力，此事也就不了了之。
萨哈罗夫以及其他科学家的努力，挽救了苏联的生物学。1965年，在基础科学上沉寂了16年之后，他发表了自己宇宙学方面的论文。此时的萨哈罗夫也已经意识到，除了科研，他应该承担更多的 社会 责任。
1967年，他准备了一份关于战略平衡和核军备竞赛的秘密备忘录，建议苏联领导人接受美国关于暂停反弹道导弹防御的提议。他认为，这样的防御体系是极其危险的，他称之为 “相互保证的毁灭” （Mutual Assured Destruction, MAD） ，有不如没有。
萨哈罗夫提议将他的建议公开发表在媒体上。他希望，“西方科学知识分子群体…… 在有利的条件下能够遏制他们的 ‘鹰派’。这些团体在莫斯科禁试条约的准备工作中发挥了重要作用。” 但苏联领导人拒绝了萨哈罗夫的提议，告诉他，手稿 “不适合发表”。
萨哈罗夫决定自己采取行动。
1968年5月，他完成了第一篇非物理的论文——《关于进步、和平共处和学术自由的思考》 （“ Reflections on Progress, Peaceful Coexistence, and Intellectual Freedom ”） 。他说，他不认为自己是 “ 社会 问题专家”，但在反导问题引致的热核战争威胁方面，他是顶尖的专家。他希望美苏双方能进行 “公开、真诚的讨论”。
这篇文章指出，在技术层面，热核武器存在三方面的危险，足以威胁到人类的生存——
首先，热核爆炸有巨大的摧毁能力，一颗 “典型” 的3百万吨级的核弹，其爆炸起火面积是广岛核弹的150倍，100平方公里将被完全摧毁，如果是地面的核爆，放射性尘埃覆盖的致命性暴露区域将达几万平方公里；其次，在研发结束后，核弹和火箭的大规模生产，其成本相对比较低廉，差不多和战斗机成本一样；第三，如果遭遇的是大量携带核弹的火箭攻击，事实上不可能阻止，专家们都很清楚这点。
萨哈罗夫的这份手稿被辗转带到了国外，最终在1968年7月由荷兰报纸Het Porool 和《纽约时报》发表，引起相当大的反响。他成了世界性的名人。
随之而来的代价是，他被吊销了安全证书，禁止从事任何与军事有关的研究。次年5月，他接受了聘书，回到了列别捷夫物理研究所。
至死不渝
图5 1975年12月11日，萨哈罗夫的妻子邦纳（Elena Bonner）和挪威诺贝尔研究所所长克里夫（Tim Creve）在奥斯陆举行的新闻发布会上。邦纳代萨哈罗夫接受了诺贝尔和平奖奖章。
进入1970和1980年代，萨哈罗夫继续大声呼吁，停止核竞赛，进行核裁军。
在1975年，他写道——
“热核武库的无节制增长、累积，走向对抗，带来的威胁是文明的消亡和人种的毁灭。消除这种威胁无疑比国际关系中的所有其他问题更重要。这就是为什么裁军谈判如此重要，它为自杀性核疯狂的黑暗世界带来了一线希望。”
这一年的12月10日，萨哈罗夫被授予了诺贝尔和平奖，表彰 “他为人权、裁军和所有国家之间的合作所作的斗争”。由于不允许出国，妻子代他前往奥斯陆领取了奖章，并发表了 “和平、进步与人权” 的演说。
多年的人权抗争、反战、反核，让苏联当局终于对他忍无可忍。1980年1月22日，萨哈罗夫被无限期地流放至高尔基 （Gorky） ，剥夺了勋章，理由是他不配再拥有这些国家奖项带来的荣誉。
在流放几个月后，6月8日，萨哈罗夫写道——
“尽管发生了这一切，但我认为，战争、和平与裁军的问题是如此重要，即使在最困难的情况下，也必须得到绝对的优先考虑。必须使用一切可能的手段来解决这些问题，为将来的进步奠定基础。最紧迫的是采取措施避免核战争，这是现代世界面临的最大危险。世界上所有负责任的人，在这方面的目标是一致的，我希望并相信，包括苏联领导人（也是一样）。”
图6 苏联“氢弹之父”萨哈罗夫（右）和美国“氢弹之父”泰勒（左）
与此同时，他认为，美国的战略防御计划 （the US Strategic Defense Initiative） 及其部署可能会破坏核平衡。
在度过了五年的时光、经历了几次绝食抗议后，萨哈罗夫迎来了曙光。
1985年3月10日，契尔年科 （Chernenko） 去世，戈尔巴乔夫继任总书记。第二年的12月16日，戈尔巴乔夫打电话给萨哈罗夫，邀请他返回莫斯科并“继续他的爱国工作”。一周后，萨哈罗夫和妻子返回到了莫斯科。
萨哈罗夫也被批准可以出国访问。他在1988年11月得以第一次访问美国。在华盛顿举办的泰勒80岁宴会上，萨哈罗夫和这位美国的 “氢弹之父” 见了面。他谈到自己和泰勒的很多相似之处，也谈到了一些不同。他这样说——
“当时，我与和我一起工作的人完全相信，这项工作是必不可少的，它至关重要。那时我们的国家刚刚从一场毁灭性的战争中走出，我个人还没有机会直接参与，但我参与的工作也是一种战争。在美国，同样的工作正在独立地进行。美国科学家做这些工作也是受同样的感受的指引，即这项工作对国家利益至关重要。但是，虽然双方都认为，这种工作对于保持平衡至关重要，但我认为我们当时所做的事情是一场巨大的悲剧。这是一场悲剧，反映了世界的悲惨状况——为了维持和平，有必要做如此可怕的事情。我们永远不会知道我们的工作是否真的在某个时期为维护世界和平做出了贡献，但至少在（当时）我们这样做的时候，我们确信情况确实如此。世界现在进入了一个新时代，我相信现在需要一种新的方法。而且我认为，在任何情况下，一个人做出决定，应在绝对相信其正确的基础上，唯有如此，我们才能找到相互理解的点。...... 找出所有的不同点、相同点，是非常重要的，事实上也是必不可少的。在某些问题上，泰勒博士和我的观点是一致的，例如，我们都关心如何确保热核能的安全。另一方面，在其他领域，我们在原则上存在分歧。其中一个是太空竞赛，即反弹道导弹防御问题。 我认为，创建这样一个系统是一个严重的错误。我觉得，这会破坏世界局势的稳定。这个系统需要巨大成本，不管是建造、部署，还是再建立一个能反过来再对抗它的系统（能够对抗这样一个系统的进攻性系统）。”
多年的抗争消耗着萨哈罗夫的生命，他看起来比很多人都苍老得多。1989年12月14日，他突发心脏病去世，年仅68岁。
尾 声
英国人罗特布拉特、美国人鲍林与苏联人萨哈罗夫，他们在世界的不同地区活动，但都有着共同的理念，为了人类的和平与福祉，反对、消除核武器。他们生前几乎是彼此独立地工作，交集不多。
萨哈罗夫参加过第155和164届的帕格沃什 （Pugwash） 会议，罗特布拉特当时也在场，想必他们有过短暂的接触。在萨哈罗夫遭遇迫害之时，罗特布拉特也曾对他施予援手。
鲍林与罗特布拉特都是1955年7月发布的《罗素-爱因斯坦宣言》的签名者。鲍林参加过第2、3、11、15届的帕格沃什会议，罗特布拉特当时在场。
萨哈罗夫在1978年曾写信给鲍林，请他帮忙呼吁，释放三位被苏联当局关押的科学家——物理学家奥尔洛夫 （Yuri Orlov） 、数学家博隆金 （Alexander Bolonkin） 和生物学家科瓦列夫 （Sergei Kovalev） ；1981年，萨哈罗夫再次写信给鲍林，请他帮忙释放这三位苏联科学家，以及科瓦列夫的儿媳妇。这一年，除了公开求援信外，萨哈罗夫再次给鲍林单独写信，恳求他帮忙敦促苏联当局释放他的儿媳妇。
图7 1981年6月，萨哈罗夫再次写信给鲍林，请他帮忙敦促苏联当局释放三位苏联科学家。
1980年萨哈罗夫被放逐到高尔基之后，1981年4月，鲍林和诺贝尔化学奖获得者赫茨伯格 （Gerhard Herzberg） 致函苏联总理勃列日涅夫 （Leonid Brezhnev） 和加拿大驻苏联大使，要求 “结束对萨哈罗夫的监禁”。该年8月，鲍林再次给勃列日涅夫写信，要求释放萨哈罗夫，但一样石沉大海。1983年中，鲍林给苏联科学院和苏联总理安德罗波夫 （Yuri Andropov） 发电报，邀请萨哈罗夫来鲍林主持的科学与医学研究所做研究。得知这一提议后，萨哈罗夫公开宣布他愿意移民，但苏联拒绝给予他出境签证。
鲍林的这些努力没有起到作用，他最终也没能和萨哈罗夫见过面， 1983年1月，他说——
“当然，我是受到骚扰，没那么露骨…… 不许我参加各种科学会议。当然，参议院内部安全小组（the Internal Security Subcommittee of the Senate）也威胁我说，藐视参议院要坐一年的牢…… 总之，没那么糟糕。我没像苏联科学家受到的对待那样，那么惨…… 上个月我受最高苏维埃的邀请来苏联，庆祝苏联成立60周年。我确定是被邀请的，因为是在我得到诺贝尔和平奖十年后，他们授予我国际列宁和平奖。我到了那以后，给了一份我想见的人的名单，包括萨哈罗夫。我想和他谈谈。但我没能见到萨哈罗夫。 ”
罗特布拉特、鲍林、萨哈罗夫，为了最终消除核武器，他们三人终其一生，孜孜不倦地奋斗，虽九死其犹未悔。
他们是知识分子良心的杰出代表，他们的精神值得铭记，他们未竟的遗志还有待后人去实现。
《知识分子》资深主笔
尚存进取之心
邸利会
参考文献：
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11. Joseph Rotblat: Visionary for Peace. Edited by Reiner Braun et al. 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
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制版编辑 | 姜丝鸭
物理学作为研究其他自然科学不可缺少的基础,其长期发展形成的科学研究 方法 已广泛应用到各学科当中。下面是我为大家整理的物理学博士论文，供大家参考。
《 物理学在科技创新中的效用 》
摘要：论述了X射线的发现，不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明，使微电子产业称雄20世纪，并促进信息技术的高速发展，物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出，使原子能逐步取代石化能源，给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明，使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明，将点亮整个21世纪.事实告诉我们，是物理学推动科技创新，由此得出结论：物理学是科技创新的源泉.昭示人们，高校作为培养人才的场所，理工科要重视大学物理课程.
关键词：X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理
1引言
物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3]，其内容广博、精深，研究方法多样、巧妙，被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现：其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成，同时，其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此，大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照 教育 部颁发的相关文件要求[4-5]，大学物理课程最低学时数为126学时，其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时，其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示，众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子，大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时，如今，大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时，远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学，有的要求只讲热学，有的则要求只讲电磁学，…面对这种情况，大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程 报告 论坛》上获悉，这不是个别学校的做法，在全国具有普遍性.殊不知，力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系，相互联系，缺一不可.这种以消减教学内容为代价，解决课时不足的做法，就如同削足适履，是对教育规律不尊重，是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课，只论及物理学是科技创新的源泉这一命题，以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.
2物理学是科技创新的源泉
且不说力学和热力学的发展，以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命，欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展，以电动机为标志引发了第二次工业革命，欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国，使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用，从而得出结论：物理学是科技创新的源泉.1895年，威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线，这种射线在电场、磁场中不发生偏转，穿透能力很强，由于当时不知道它是什么，故取名X射线.直到1912年，劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅，确定它是一种光波，波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖，他发现的X射线开创了医学影像技术，利用X光机探测骨骼的病变，胸腔X光片诊断肺部病变，腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像，CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像，它可以清楚地展示被检测部位的内部结构，可以准确确定病变位置.当今，各医院都设置放射科，X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年，威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6，P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数，α为入射光与晶面夹角，λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构，创立了X射线晶体结构分析这一学科，布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今，X射线衍射仪不仅在物理学研究，而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用，所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪，它是研究物质结构的必备仪器.1907年，威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子，电子质量me=×10-31kg，电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年，美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时，发现Ge晶体具有放大作用，发明了晶体三极管，很快取代电子管，随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年，美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年，英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，制成世界上第一个微处理器.80年代末，芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活，微电子技术称雄20世纪，进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看，发现电子厂比比皆是，这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性，还具有荷磁性.
1925年，乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说，每个电子都具有自旋角动量S轧，它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值，Sz=±h2;电子具有荷磁性，每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪，直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中，材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变，其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合，不加磁场时电阻率大，当外加磁场时，相邻铁磁层的磁矩方向排列一致，对电子的散射弱，电阻率小.利用磁性控制电子的输运，提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR)，磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率，ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注，1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理，研制出“新型读出磁头”，此前的磁头是用锰铁磁体，磁电阻MR只有1%-2%，而新型读出磁头的MR约50%，将磁盘记录密度提高了17倍，有利于器件小型化，利用新型读出磁头的MR才出现 笔记本 电脑、MP3等，GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年，Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%，称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR)，钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻，在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景，引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而，CMR效应还没有得到实际应用，原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场，问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年，爱因斯坦提出[13]：“就一个粒子来说，如果由于自身内部的过程使它的能量减小了，它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小，△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径：“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论，不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论，1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争，1945年8月6日和9日，美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹，迫使日本接受《波茨坦公告》，于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用，1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年，美国有104座核电站，核电站发电量占本国发电总量的20%，法国有59台机组，占80%;日本有55座核电站，占30%.截至2015年4月，我国运行的核电站有23座，在建核电站有26座，产能为千兆瓦，核电站发电量占我国发电总量不足3%，所以我国提出大力发展核电，制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用，一方面减少了化石能源的消耗，从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放，另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量，受控核聚变正在研究中，若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时，能源危机彻底解除.
20世纪最杰出的成果是计算机，物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来，经历了第一至第五代，计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步，依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料，随着物理学的进步，磁性材料的性能越来越高，计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉，中科院强磁场中心、中科院物理所等，正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构，将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小，ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管，量子力学指导着研究电子器件大小的极限，光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.
1916年，爱因斯坦提出光受激辐射原理，时隔44年，哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好，相干性好，方向性好和亮度高等特点，在医疗、农业、通讯、金属微加工，军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述，只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等，激光加工技术具有突出特点：不接触加工工件，对工件无污染;光点小，能量集中;激光束容易聚焦、导向，便于自动化控制;安全可靠，不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小，割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年，仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币，其中激光加工设备销售额达215亿人民币.
2014年，诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家，是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED)，帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于，在三基色红、绿、蓝中，红光LED和绿光LED早已发明，但制造蓝光LED长期以来是个难题，他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED，这样三基色LED全被找到了，制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低，耗能不到普通灯泡的1/20，全世界发的电40%用于照明，若把普通灯泡都换成LED灯，全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年，英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov)，因发明石墨烯材料，获得诺贝尔物理学奖.目前，集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，导电性也很好.因此，石墨烯被普遍认为会最终替代硅，从而引发电子工业革命[14].2012年，法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德()，在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法，使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].
2013年，由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系，薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，电子自旋向上的在一个跑道上，自旋向下的在另一个跑道上，犹如在高速公路上，它们在各自的跑道上“一往无前”地前进，不产生电子相互碰撞，不会产生热能损耗.通过密度集成，将来计算机的体积也将大大缩小，千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此，这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明，都会开辟一块新天地，带来产业革命，推动社会进步，创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史，可以看出物理学是科技创新的源泉.
3结语
论述了X射线，电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用，自然得出结论，物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看，美国的著名大学非常注重大学物理，加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540，英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨，以他们的数学与应用数学为例，大一开设：力学与热学80学时，大学物理—基础实验54学时;大二开设：电磁学80学时，光学与原子物理80学时，大学物理—综合实验54学时;大三开设：理论力学60学时，大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天，高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.
参考文献：
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〔6〕姚启钧，光学教程[M].北京;高等教育出版社，.
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《 应用物理学专业光伏技术培养方案研究 》
一、开设半导体材料及光伏技术方向的必要性
由于我校已经有材料与化学工程学院，开设了高分子、化工类材料、金属材料等专业，应用物理、物理学专业的方向就只有往半导体材料及光伏技术方向靠，而半导体材料及光伏技术与物理联系十分紧密。因此，我们物理系开设半导体材料及光伏技术有得天独厚的优势。首先，半导体材料的形成原理、制备、检测手段都与物理有关;其次，光伏技术中的光伏现象本身就是一种物理现象，所以只有懂物理的人，才能将物理知识与这些材料的产生、运行机制完美地联系起来，进而有利于新材料以及新的太阳能电池的研发。从半导体材料与光伏产业的产业链条来看，硅原料的生产、硅棒和硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏发电系统的运行等，这些过程都包含物理现象和知识。如果从事这个职业的人懂得这些现象，就能够清晰地把握这些知识，将对行业的发展起到很大的推动作用。综上所述，不仅可以在我校的应用物理学专业开设半导体材料及光伏技术方向，而且应该把它发展为我校应用物理专业的特色方向。
二、专业培养方案的改革与实施
(一)应用物理学专业培养方案改革过程
我校从2004年开始招收应用物理学专业学生，当时只是粗略地分为光电子方向和传感器方向，而课程的设置大都和一般高校应用物理学专业的设置一样，只是增设了一些光电子、传感器以及控制方面的课程，完全没有自己的特色。随着对学科的深入研究，周边高校的互访调研以及自贡和乐山相继成为国家级新材料基地，我们逐步意识到半导体材料及光伏技术应该是一个应用物理学专业的可持续发展的方向。结合我校的实际情况，我们从2008年开始修订专业培养方案，用半导体材料及光伏技术方向取代传感器方向，成为应用物理学专业方向之一。在此基础上不断修改，逐步形成了我校现有的应用物理专业的培养方案。我们的培养目标:学生具有较扎实的物理学基础和相关应用领域的专业知识;并得到相关领域应用研究和技术开发的初步训练;具备较强的知识更新能力和较广泛的科学技术适应能力，使其成为具有能在应用物理学科、交叉学科以及相关科学技术领域从事应用研究、教学、新技术开发及管理工作的能力，具有时代精神及实践能力、创新意识和适应能力的高素质复合型应用人才。为了实现这一培养目标，我们在通识教育平台、学科基础教育平台、专业教育平台都分别设有这方面的课程，另外还在实践教育平台也逐步安排这方面的课程。
(二)专业培养方案的实施
为了实施新的培养方案，我们从几个方面来入手。首先，在师资队伍建设上。一方面，我们引入学过材料或凝聚态物理的博士，他们在半导体材料及光伏技术方面都有自己独到的见解;另一方面，从已有的教师队伍中选出部分教师去高校或相关的工厂、公司进行短期的进修培训，使大家对半导体材料及光伏技术有较深的认识，为这方面的教学打下基础。其次，在教学改革方面。一方面，在课程设置上，我们准备把物理类的课程进行重新整合，将关系紧密的课程合成一门。另一方面，我们将应用物理学专业的两个方向有机地结合起来，在光电子技术方向的专业课程设置中，我们有意识地开设了一些课程，让半导体材料及光伏技术方向的学生能够去选修这些课程，让他们能够对光伏产业的生产、检测、装备有更全面的认识。最后，在实践方面。依据学校资源共享的原则，在材料与化学工程学院开设材料科学实验和材料专业实验课程，使学生对材料的生产、检测手段有比较全面的认识，并开设材料科学课程设计，让学生能够把理论知识与实践联系起来，为以后在工作岗位上更好地工作打下坚实的基础。
三、 总结
半导体材料及光伏行业是我国大力发展的新兴行业，受到国家和各省市的大力扶持，符合国家节能环保的主旋律，发展前景十分看好。由于我们国家缺乏这方面的高端人才和行业指挥人，在这个行业还没有话语权。我们的产品大都是初级产品或者是行业的上游产品，没有进行深加工。目前行业正处在发展的困难时期，但也正好为行业的后续发展提供调整。只要我们能够提高技术水平和产品质量，并积极拓展国内市场，这个行业一定会有美好的前景。要提高技术水平和产品质量，就需要有这方面的技术人才，而高校作为人才培养的主要基地，有责任肩负起这个重任。由于相关人才培养还没有形成系统模式，这就更需要高校和企业紧密联系，共同努力，为半导体材料及光伏产业的人才培养探索出一条可持续发展的光明大道，也为我国的新能源产业发展做出自己的贡献。
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不仅是解决我国能源战略需求的途径，对我国未来能源可持续发展也具有重大意义。
《Google World News》8月17日：国家实验室在核聚变研究中取得“莱特兄弟”成果 劳伦斯利物摩尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)周二宣布，在核聚变研究取得一项里程碑进展，其首席科学家称这一成果为“莱特兄弟时刻”。 研究是在位于加州利物摩尔的国家点火装置(National Ignition Facility)进行的，该实验装置占地3个足球场的面积。这次的实验是在8月8日进行的，实验室使用高能激光聚焦，在一片约人头发丝大小的热点区域引发了比拟恒星中心的温度和压力，持续约10亿分之一秒。该过程被称为点火，是实现核聚变的关键步骤。点火发生后，核聚变过程开始加热，其产生的热量超过任何可能发生的降温，进而引发进一步的加热，实现核聚变。 要实现核聚变商业应用，则需要核聚变过程产生的能量大于输入的能量，而这次利物摩尔实验室的实验尚未确定是否达到这一标准。因为这一过程时间太短暂，因此很难界定实验过程中的能量输入的准确时间。这次实验过程中，科研人员观测到了聚变反应发出的热量是反应器吸收热量的5倍，是照射激光能量的70%。实验的结果还在整理，以论文形式提交给科学期刊发表。
因为人类居住的地球终将会面临石油天然气，煤炭在未来枯竭的危险还存在着一定环境的污染。而“人造太阳”采用的是核聚变反应，所需的原材料之一氘在地球上储量巨大。
核物理是研究射线束的产生、探测和分析技术;以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下面我给大家分享一些核物理学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。
激光核物理
摘 要 在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇 文章 中,作者回顾了这一领域的 研究 进展,并对在不远的未来激光产生 电子 ?质子?中子?X射线和正电子 发展 的潜力进行了一些讨论.
关键词 啁啾脉冲放大,粒子云,正电子发射层析术,库仑爆炸
1 什么是
最近十年中,激光技术有了显著的进展,激光强度已超过1022W/cm2,激光的电场强度达到;1012V/cm,比氢原子中电子玻尔轨道上的库仑场大759倍,相当于在原子大小上相应加上约40kV的电压,在原子核大小上相应加上约的电压,在这种很强的电场作用下,所有的原子都会在极短的时间内被电离,产生从几个MeV到几百MeV的质子,几十MeV到GeV的电子和其他粒子,以及韧致辐射和中子,这些粒子可以产生核反应,打开了核物理以及非线性相对论光学研究的新领域[1—3].
在今后的十年中,激光强度可能会提高到1026—1028W/cm2,这样高强度的激光可以将粒子加速到1012—1015eV,并将成为研究粒子物理?引力物理?非线性场论?超高压物理?天体物理和宇宙线研究中的一个有力工具[1].
超高功率超短脉冲激光技术的发展,在实验室中创造了前所未有的极端物态条件,如高电场?强磁场?高能量密度?高光压和高的电子抖动能量?高的电子加速度,这种极端的物理条件, 目前 只有在核爆中心?恒星内部?星洞边缘才能存在,在它和物质的相互作用中,产生了高度的非线性和相对论效应,产生了崭新的物 理学 领域,也为多个交叉学科前沿研究领域带来了 历史 性的机遇和拓展的空间.
2 国内外研究现状
当前国际上已经在一些实验室中建立了几十TW到几个PW的激光系统,在上世纪80年代中期,以前激光的强度长期停留在1014W/cm2左右,这是由于非线性吸收效应随着激光强度的增加而迅速增强,在80年代中期之后,由于采用了啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification, CPA),激光强度提高了6—7个数量级,在CPA技术中,一个飞秒或皮秒的脉冲通过色散的光栅对在时间尺度将它展宽了3—4个数量级,这样就避免了放大器的饱和以及在很高强度时由于非线性效应产生的光学放大器件的损伤,在经过放大以后,再由另一光栅对将脉冲宽度压缩回到飞秒或皮秒宽度,以获得1019W/cm2到1022W/cm2的靶上功率密度.CPA超短脉冲TW的激光装置在法国光学 应用 研究所?瑞典Lund大学?德国Mark-Plank研究所?德国Jena大学?日本JAERI和 中国 工程物理研究院?中科院上海光学精密机械研究所?中科院物理研究所?中国原子能 科学 研究院等都建有.日本原子能研究所采用变形镜和CPA相结合的技术,运用低f值的抛物面镜,将激光聚焦于1μm的斑点,可以进一步提高焦斑上的功率密度,但是由于放大介质的单位面积上的饱和能量通量和光学元件的损伤阈值的限制,单位面积上最大的光强度?I??th?=hν3σΔν?ac2?,这个数值约为10?23?W/cm2.美国LLNL正在计划建造10?18?W(exawatt)和10?21?W(zettawatt)的激光装置,以期获得1026W/cm2 —1028W/cm2的靶上功率密度.
高强度的激光可以引起许多核反应,当激光强度I>10?18?W/cm2时,在激光电场做抖动的电子能量达到,产生了相对论等离子体.运用强激光在等离子体中产生的尾场去加速电子,如用一台紧凑型的重复频率的激光器可以产生200MeV的电子.这种激光等离子体型的加速器具有比通常电子加速器高出1000倍的加速梯度,即达到GV/m.运用高强度?单次脉冲的激光也获得了100MeV的电子,并测量到它的韧致辐射.超短超强激光还可以产生质子束,并开始运用这些质子束产生正电子发射层析术(positron emission tomography,PET)所需要的短寿命的正电子放射源,一种用激光来产生的小型化的和 经济 的质子产生器有望在未来用于质子治癌.运用超短超强激光直接产生正电子已在英国卢瑟福实验室开展,他们用重复频率的TW级的激光,打在高Z元素的靶上得到每脉冲2×107个正电子,它对于基础研究和材料科学很有用途.通过超短超强激光和氘团簇的相互作用,产生聚变反应的中子,其中子产额可以达到105中子/焦耳,激光产生中子的能量效率已达到世界上大型的激光装置的水平,它可以成为台面的中子源,由于其中子脉冲通量高,但总的中子剂量很小,适合于生物活体的中子照相和材料科学的研究.运用超短超强激光和氘化聚乙烯作用产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ, 50fs, 10Hz, 10?18?W/cm2) 轰击氘化聚乙烯靶,产生104中子/脉冲.运用超短超强的激光在相对论性的电子上的散射,产生几百飞秒?几十埃的硬X射线,可以用来研究材料和生命科学的一些 问题 ,这种超快的硬X射线源对于研究一些高Z物质和时间分辨的超快现象具有重要的意义.超短超强激光所产生的高能电子,在物质中产生高能X射线,可以在裂变物质铀中引起裂变,并在裂变靶中探测到许多裂变产物.在激光的强度达到1028W/cm2时,电场强度只比Schwinger场(真空击穿场强)低一个数量级,在这样的场中,由于真空的涨落被激发,激光就有可能从真空中产生正负电子对,美国Lawrence Berkerly实验室在SLAC高能加速器上,用10?18?W/cm2的激光束和聚焦性能很好的的电子束相碰撞,产生了200多个正负电子对,这是由于在反向相碰的电子和激光中,从电子的坐标系来看,激光的场强增强了Lorentz因子倍,以至于可以远远地超过Schwinger场值,直接从真空中产生一些电子对.
3 新的科学研究的 内容 ,新的交叉点
激光产生高能电子[4—7]
产生高能电子的机制有两种:第一种是在激光场作用下,电子做抖动运动,在激光强度I=10?20?W/cm2时,电子抖动运动能量能达到10MeV;第二种是由非线性效应所产生的能量比较高的部分.用300J,的激光照射在厚的金靶上,测量到的电子能谱分布基本上由两个部分组成:一部分是由有质动力产生的,它的能量在20—30MeV以下,还有一部分就是由非线性效应产生的几十MeV以至100MeV以上的高能量的电子,并和粒子云(particle in cell,PIC) 的 计算 结果符合,目前加速电子最高能量已达1GeV.能散度可达3% .
当激光的强度增加时,光波的压力变得很大,光压推着电子往前走,光波就像一个光子耙将等离子体中的电子推到脉冲的前面积累,形成电子的“雪耙”(snow plow) ,在这种“雪耙”加速中,电子的动能得到增益.在综合了光压作用和激光场的作用后,计算得到在激光强度为I=1026W/cm2时,加速梯度可达200TeV/cm,如果加速长度达到1m,电子能量为2×10?16?eV,在I=1028W/cm2时,加速梯度可达2peV/cm,加速长度为1m时,电子能量为2×10?17?eV,可以用来研究高能物理中的许多问题.
激光产生质子束[8,9]
在激光等离子体中,在I=10?20?W/cm2的情况下,加速质子的能量可以高达58MeV.加速梯度约为1MV/μm.质子被加速的距离只有60μm左右,如何增长加速距离成为非常重要的研究内容,加速质子的机制是相当复杂的,也提出了一些加速模型的设想.实验上的研究结果已显示它存在很好的应用前景.这表现在:
(1) 激光能量转换成质子束能量的效率是高的,而且和激光的能量有关,在激光脉冲能量为10J?宽度为100fs时,转换效率为1%,当500J?500fs时,转换效率为10%,人们已经获得了10?13?质子/脉冲,质子脉冲宽度约1ps,相当于10?25?质子/秒,即?;?106A的脉冲质子流.
从 理论 到实验应该研究如何进一步提高能量转换效率的问题,尤其是当激光能量进一步提高时,转换效率是否还继续上升.
(2) 质子束的发散角比较小,观察到的横向发散角为;mrad,比通常加速器上加速的质子束的发散角小.
(3) 高能质子束的获得可能会在今后的十年中实现,按照Bulanov等人的计算结果,在I=10?23?W/cm2时,质子可以被加速到1GeV以上,在I=1026W/cm2和1028W/cm2时,质子能量可以达到100GeV和 10TeV.
(4) 目前已获得几十MeV的质子束,并已用于为PET产生?18?F等短寿命的正电子源,在英国Rutherford实验室的Vulcan装置上,在20分钟内制备了109Bq的?18?F源,已经可以用在PET上.
(5) 产生200MeV的质子,并用于质子治癌,由于它在能量沉积上的优越性能,以及整个装置可以做得小,成本低,所以在治癌应用上很有发展前景,并可应用于中子照相.目前由激光加速产生的质子的能量分散度为17%.治癌应用要求能散度≤3%左右,因此减少能散度的工作在一些实验室正在进行中.
激光产生中子[10,11]
超短超强激光加热氘团簇产生核聚变,已经产生了104中子/脉冲或105中子/焦耳,从激光的能量转换成中子的效率看,和美国LLNL上的大型激光器NOVA上的每焦耳激光的中子产额相当,比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的数值大一个数量级,因此是一种很有 发展 前景的桌面台式的中子发生器,因为这种中子源的时间宽度只有1ps,是一个高中子通量的中子源,可用于材料 科学 和中子照相.
氘的团簇在吸收激光能量后要发生库仑爆炸,应该说到现在为止对于库仑爆炸的机理理解尚不非常清楚,尤其是团簇爆炸后产生的氘分子和氘的小团簇如何产生氘-氘的聚变反应也缺乏细致的了解,在进一步的改进方面,还有发展的余地,例如,如何采用多束的超短超强激光同时照射团簇,或用大于50T的脉冲磁场去推迟热等离子体的解体时间,以增加中子产额.
利用超短超强激光和氘化聚乙烯作用来产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ,50fs,10Hz,10?18?W/cm2)轰击氘化聚乙烯靶也产生了104中子/脉冲,大约每焦耳的激光产生;104中子.Disdier等人用20J,400fs,5×1014W的激光辐照CD?2靶,获得107中子,每焦耳激光产生了;105中子,这是很高的中子产额,他们还要用500J,500fs,1pW的激光照射CD?2,以获得更多的中子.
在激光辐照CD?2平面靶时,除了要 研究 激光能量在CD?2靶上的能量沉积的分布外,如何充分地利用沉积的能量是一个很重要的 问题 .沉积的能量有很大一部分要转变成等离子体的动能,在平面靶的情况下,如何设计靶面形状,以最大限度地使等离子体的动能对D-D反应做贡献.
激光产生硬的超短(~100fs)X射线[12]
用超短超强激光(50mJ,)和50MeV的 电子 束散射可以产生4nm,300fs的硬X射线,虽然转换效率不高,但产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰,可以用来研究Si表 面相 变过程(从固相→熔化过程)的时间分辨的研究,也可以研究蛋白质折叠动力学,蛋白质的折叠时间为1ns,用300fs的硬X射线可用来了解它的折叠过程中的状态.
激光产生正电子[13,14]
将具有几个MeV的电子,经过很好地准直后,射到一个高Z的靶上,通过Trident过程(Z+e-→Z′+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(Z+r→Z′+e-+e++r′)产生正电子,采用重复频率的超短超强激光和高Z靶的相互作用,每脉冲可以产生2×107个正电子,经过慢化后,储存在磁场中,它对于基础科学和材料科学的研究是很有用的.
4 主要存在的问题和 分析
这门新兴的交叉学科在国际上也只有十多年的 历史 ,但发展十分迅速,搞激光技术和原子核物理的科学家们已经开始在一起召开学术研讨会,共同参加一些实验,由于它是一个新的生长点,发展比较快,也比较容易发现一些新现象,所以合作的积极性也在日益增长.随着超短超强激光技术的发展,在粒子加速?核物理?甚至粒子物理方面可以做出一些很好的工作来.我国发展的情况有些滞后,学科之间的交叉和合作还没有真正形成,学科之间的了解和交流还不够,因此只在交叉学科的边缘上做了一些工作,按照我国在激光技术和核物理方面的力量来说,都应该有可能做出更多更好的工作. 目前 具有超短超强激光装置的研究单位并不少,但将它们运行好,做出好的物理工作的成果并不多.
国内的情况也和国际上相似存在着一个问题,即搞强激光技术的专家和搞核物理和粒子物理专家之间的交流?讨论不够,这就会 影响 这一交叉学科的发展.
从强场物理到超短超强激光技术,到 应用 于各个领域,在世界上是基础科学和技术进步相互推动,相互作用的一个范例,基础研究的需求,以及光学科学的基础,非线性科学的基础,促进了超短超强激光技术的发展,而高强度激光的发展又为物 理学 的发展提供一个崭新的世界.
参考 文献
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核聚变反应堆的原理很简单，只不过对于人类当前的技术水准，实现起来具有相当大的难度。 物质由分子构成，分子由原子构成，原子中的原子核又由质子和中子构成，原子核外包覆与质子数量相等的电子。质子带正电，中子不带电。电子受原子核中正电的 吸引，在"轨道"上围绕原子核旋转。不同元素的电子、质子数量也不同，如氢和氢同位素只有1个质子和1个电子，铀是天然元素中最重的原子，有92个质子和 92个电子。 核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘和氚）在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭。其实，利用轻核聚变原理，人类早已实现了氘氚核聚变---氢弹爆炸，但氢弹是不可控制的爆炸性核聚变，瞬间能量释放只能给人类带来灾难。如果能让核聚变反应按照人们的需要，长期持续释放，才能使核聚变发电，实现核聚变能的和平利用。 如果要实现核聚变发电，那么在核聚变反应堆中，第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态，也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，让原子核能自由运动，这时才可能使裸露的原子核发生直接接触，这就需要达到大约10万摄氏度的高温。 第二步，由于所有原子核都带正电，按照"同性相斥"原理，两个原子核要聚到一起，必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近，静电产生的斥力就越 大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力（强作用力）才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。 质量轻的原子核间静电斥力最小，也最容易发生聚变反应，所以核聚变物质一般选择氢的同位素氘和氚。氢是宇宙中最轻的元素，在自然界中存在的同位素有： 氕、氘 (重氢)、氚 (超重氢)。在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变最容易，氘和氘之间的聚变就困难些，氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时，先考虑氘、氚之间 的聚变，后考虑氘、氘之间的聚变。重核元素如铁原子也能发生聚变反应，释放的能量也更多；但是以人类目前的科技水平，尚不足满足其聚变条件。 为了克服带正电子原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，要使原子核达到这种运行状态，就需要继续加温，直至上亿摄氏度，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，温度越高，原子核运动越快。以至于它们没有时间相互躲避。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17。6兆电子伏特能量。 反应堆经过一段时间运行，内部反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要将氦原子核和中子及时排除出反应 堆，并及时将新的氚和氘的混合气输入到反应堆内，核聚变就能持续下去；核聚变产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，剩余大部分的能量可以通过热 交换装置输出到反应堆外，驱动汽轮机发电。这就和传统核电站类似了。 核聚变消耗的燃料是世界上十分常见的元素--氘（也就是重氢）。氘在海水中的含量还是比较高的，只需要通过精馏法取得重水，然后再电解重水就能得到氘。新 的问题出现了，仅仅有氘还是不够的，尽管氘-氘反应也是氢核聚变的主要形式，但我们人类现有条件下，根本无法控制氘-氘反应，它太猛烈了，所需要的温度要 高得多，除了在实验室条件下做一次性的实验外，很难让它链式反应下去--那是氢弹一样的威力。还好，人们发现了氘-氚反应的烈度要小很多，它的反应速度仅 仅是氘-氘反应的100分之一，而点火温度反倒低得多，很适合人类现有条件下的利用。 而氚不同于氘，氚是地球上最稀有的元素，由于氚的半衰期只有12。26年，所以在地球诞生之初的氚早已衰变地无影无踪了。现在人类的氚都是人工制造而非天然提取的，人们通常用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚-- 它是地球上最贵的东西之一，一克氚价值超过30万美元，仅在美国保存有30公斤左右的氚。这 么贵的原料，用作核聚变发电显然是无法接受的，幸好上帝给人类又提供了一种好东西--锂。锂元素也是世界上最丰富的资源，有2000多亿吨。一方面海水中 就包含足够的氯化锂，分离出来即可。另一方面，中国是世界锂资源最丰富的国家，碳酸锂矿也不是稀有资源，更容易获得。锂的2种同位素--锂-6和锂-7， 在被中子轰击之后，就会裂变，他们的产物都是氚和氦，目前为止人类在重水反应堆中制造氚，用的就是将锂靶件植入反应堆的方法。 在聚变反应堆内，氚和氘反应后，除了形成一个氦原子核之外，还有一个多余的中子，并且能量很高。我们只需要在核聚变的反应体之内保持一定比例的锂原子核浓 度，那么核聚变产生的中子就会轰击锂核，促使锂核裂变，产生一个新的氚，这个氚则继续参与氚-氘反应，继而产生新的中子，链式反应形成了。所以，理论上我 们只需要给反应体提供两种原料--氘和锂，就能实现氘-氚反应，并且维持它的进行。 看起来很简单是吧，只是还有一个问题，能够承载上亿摄氏度超高温反应体的核反应堆用什么材料来制造呢？要知道，太阳表面的温度也才只有6000万度左右。 迄今为止，人类还没有造出任何能经受1万摄氏度高温的材料，更不要说上亿摄氏度了。以上这些因素就是为什么一槌子买卖的氢弹已经爆炸了50年后，人类还是 没能有效地从核聚变中获取能量的重要原因。 帖子附图: 中国核聚变研究巨大突破：耗资惊人的人造“太阳”计划 作者:柏弧紫 于 2009-08-28 08:19:46 发表 只看该作者 位于四川省成都市双流县白家镇，核工业西南物理研究院聚变研究试验基地的"中国环流器2号A装置" 2006年9月28日，中国耗时6年、耗资3亿元人民币自主设计制造的新一代托卡马克磁约束核聚变装置"EAST"首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电；使EAST成为世界上第一个建成并真正运行的"全超导非圆截面托卡马克"核聚变实验装置。这是中国可控核聚变研究的里程碑式突破。 在古希腊神话中，普罗米修斯从太阳神阿波罗处盗下的天火，照亮了人类的黑夜。在人类现代科技中，可控核聚变技术将照亮人类能源的未来之路，由于可控核聚变反应堆产生能量的方式和太阳类似，因此它也被俗称为"人造太阳"。 太阳是热核聚变反应的典型代表，1938年，美国科学家贝特(H。Bethe)和德国科学家魏茨泽克(C。F。v。Weizsacker)推测太阳能源可 能来自它的内部氢核聚变成氦核的热核反应，这甚至早于核裂变模型的提出。太阳的核心温度高达1500万摄氏度，表面有6000度，压力相当于2500亿个 大气压。核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍。在这里每时每刻都发生着热核聚变，太阳每秒钟把七亿吨的氢变为氦，在这过程中失去400多万吨的质量，这种聚变反应已经持续了几十亿年，它的辐射能量给地球带来无限生机。 世界能源危机 自人类进入工业化以来，世界能源消耗迅速增长。有数据显示，自1973年以来，人类已经开采了5500亿桶石油（约合800亿吨），按照现在的开采速度， 地球上已探明的1770亿吨石油储量仅够开采50年，已探明的173万亿立方米天然气仅够开采63年；已探明的9827亿吨煤炭还可以用300年到400 年。核电站发电需要浓缩铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨，全球441座核电站目每年需要消耗6万多吨浓缩铀，地球上的铀储量仅 够使用100年左右。世界各国水能开发也已近饱和，而风能、太阳能尚无法满足人类庞大的需求。 随着石油价格上涨，能源危机再次被提起，各国也加快了新能源研发，核聚变能就是重点之一。与传统的裂变式核电站相比，核聚变发电具有明显的优势。核聚变所 用的重要核燃料是氘，理论上，只需1千克氘和10千克锂(通过锂可得到氘)就可以保证一座百万千瓦聚变核电站运转一天，而传统核电站和火力发电站至少需要 100千克铀或1万吨煤。制取1千克浓缩铀的费用是1。2万美元，而制取1千克氘的费用只有300美元。一座100万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304千克；而一座百万千瓦裂变式核电站，需要30-40吨核燃料。 氘的发热量相当于同等煤的2000万倍，是海水中大量存在的元素。据测算，海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子，每1公升海水中含有0。03克的 氘，通过核聚变反应产生的能量，相当于燃烧300公升的汽油。就是说，"1升海水约等于300升汽油"。地球上的海水总量约为138亿亿立方米，其中氘的 储量约40万亿吨，足够人类使用百亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助"燃料"，地球上的锂储量有2000多亿吨，海水中的氘再加上锂至少够我们地 球用上千亿年。氚虽然在自然界比氘少得多，但可从核反应中制取，也可用于热核反应。科学家们正在以海水中的氘为主要原料，进行核聚变反应试验，以期建立可 以投入商业运营的热核聚变反应堆，彻底解决人类未来的能源问题。 更为可贵的是核聚变反应是清洁能源，中几乎不存在放射性污染，核裂变的原料本身带有放射性，而核聚变反应过程中，在任何时刻都只有一丁点的氘在聚变， 无需担忧失控的危险，而且也不会产生放射性的物质。即使像切尔诺贝利核电站那样发生损坏，核聚变反应堆也会自动立即中止反应，因此受控核聚变产生的能量名 符其实是一种无限、清洁、成本低廉和安全可靠的新能源。在这一系列的动力下，核聚变的研究已经持续了半个多世纪。核聚变反应堆工作原理与其他能源相比，核聚变反应堆有几项显著的优点，因而一直备受媒体的关注。它们的燃料来源十分充足，辐射泄漏也处于正常范围之内，与目前的核裂变反应堆相比，其放射性废物更少。 然而迄今为止，还没有人将这一技术应用到实践中，但建造这种反应堆实际上已为期不远。目前，核聚变反应堆正处于试验阶段，世界各个国家及地区的多个实验室都开展了这项研究。 氘－氘反应——两个氘原子结合，生成一个氦3原子和一个中子。 氘－氚反应——一个氘原子和一个氚原子结合，生成一个氦4原子和一个中子。其中大部分能量以高能中子的形式释放。从概念上讲，利用反应堆中的核聚变十分容易。但为了让这一反应以可控、无害的方式进行，科学家们历经周折。为了了解其中的缘由，我们需要先看一下发生核聚变的必要条件。 当氢原子聚合时，它们的原子核必须结合在一起。然而，由于每个原子核中的质子都带有相同的电荷（正电），因而会互相排斥。如果您曾试着将两块磁铁放在一起并感到它们互相推开，则意味着您已亲身体验了这一原理。 若要实现核聚变，需要创造一些特殊的条件来克服这种排斥力。下面是发生核聚变的一些必要条件： 高温——高温可为氢原子提供足够的能量，以克服质子之间的电荷排斥。 核聚变需要的温度约为1亿开（约是太阳核心温度的六倍）。 在这样的高温下，氢的状态为等离子体，而不是气体。等离子体是物质的一种高能状态，其中所有电子都从原子中剥离出来，并可以自由移动。 太阳的高温是由重力压缩核心的巨大质量而产生的。我们要制造出这样的高温，就必须利用微波、激光和离子粒子的能量。 高压——压力可将氢原子挤在一起。氢原子之间的距离必须在1x10-15米以内，才能进行聚合。 太阳利用其质量和重力将核心内的氢原子挤压在一起。 我们要将氢原子挤压在一起，必须使用强大的磁场、激光或离子束。借助目前的技术，我们只能实现发生氘－氚聚变所需的温度和压力。氘－氘聚变需要的温度更高，这种温度有可能在将来实现。基本上，利用氘氘聚变会更加方便，因为从海水中提取氘比从锂中提取氚要更加容易。另外，氘不具有放射性，而且氘氘反应可释放更多的能量。 有两种方法可实现发生氢聚变所需的温度和压力： 磁约束使用磁场和电场来加热并挤压氢等离子体。法国的ITER项目使用的就是这种方法。
2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。
中国环流器二号M装置采用了更加先进的结构与控制方式，等离子体体积达到国内现有装置2倍以上，等离子体电流能力提高到兆安培以上，等离子体离子温度可达到亿度。
可以了解太阳能的代替物，或者是掌握这方面的技术，还可以了解我国能源在地球灭亡的时间，可以进行实验装置，也可以提升这方面的技术，还可以进行全方位的研究。
核聚变要比核裂变复杂、困难得多。而可控核聚变又要比制造氢弹难得多。先说一下历史上可控核聚变碰到的难题:主要是温度。因为氘核是带电的，由于库仑力的存在，很难把它们凑一块儿，而聚变主要靠强核力，但是核子之间的距离小于10fm时才会有核力的作用。要凑那么近，肯定需要极高的温度(粒子动能)来克服库仑力。所需温度的理论值是5亿6千万K，但后来修正为1亿K左右，因为之前主要是用平均动能来算的，而实际上很多粒子的动能大于平均动能。可1亿K也不是好玩的，有什么材质的容器能顶得住1亿K啊?况且还不能使聚变材料降温。上世纪50年代，美国佬跟欧洲佬先开始尝试和总结。目前我们使用的几种可控核聚变方式:超声波核聚变、激光约束(惯性约束)核聚变、磁约束核聚变(托卡马克)。目前世界上最常用就是托卡马克磁约束装置，Tokamak来源于拉丁文的环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)，就是利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。至于这个装置具体怎么做，以后再聊。目前的难题:Q值(输出功率与输入功率之比)的提高。因为Q值小于1的话，其实就是亏了，这种聚变将没有任何经济效益。而如果想要Q值大，最简单的办法就是增加单次核聚变的材料，可这样的话，对能量吸收和控制装置的要求就高了。目前估计各大国已经把Q值做到以上了。还有两个难题，这是目前各国都还没有解决的。1、就是持续不间断地提供高温所需的能量。Q值意味着:产出150吨TNT当量的能量，就要投入100吨TNT当量的能量，而且还是持续的!就像大片里的那样:一台科幻设备一开动，整个城市的灯都灭了。2、即使能够持续供电。但你投入的是1个电，而它产生的却是的热及辐射等。而如果把它转化成电的话，如果转化率小于66%的话，还是亏了。目前全球在这一技术上还没有突破。另外，2006年9月28日，中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST(HT-7U超导托卡马克)首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
产品设计论文
一个产品有趣是否重要，并不是一个1+1一定等于2的问题，“有趣”的功能也许不能左右你的产品是否成功。下面我带来的是产品设计论文，希望对你有帮助。
【摘 要】 对于任何产品的设计，功能应该放在首位，但功能又只是设计师要给人们带来的唯一好处，好的产品设计师应该把功能与造型完美的结合在一起，同时满足人们对产品功能和形式美的需求。所以根据人们对旅途满载而归的箱包需求产生了对扩容拉杆箱的设计，同时根据使用人群，赋予其新的形式美的造型，并力求采用新型环保材料，创造出新时代人们真正需要的箱包产品。
【关键词 】产品设计 扩容箱包 人体造型 抽象
1 产品设计研究的意义、研究现状分析
对于新时代的产品设计，我们需要考虑创新性、文化性、实用性、环保性等等，我们对新异的追求是永无止步，融入文化内涵的东西才会更持久，功能比普通产品更能满足消费者需求，同时注重绿色环保这样的产品才会有广阔的销售市场，被人们所记住。这也是作为工业设计师应该努力去工作的方向。
所以，本次工业产品设计研究的主题是扩容箱包系列设计，功能上，扩容会成为最大的卖点；造型上，运用箱包设计中的仿生设计方法，对箱包造型做抽象曲线的变形；选材上，优先选用符合工程技术的新型环保材料，把现代高科技物质技术条件与传统工艺相结合。
功能上，目前国内外对拉杆箱扩容的处理，多存在增加夹层等手段，笔者采用内附外加子箱包，并合理的布置搭挂在主箱上部或前部，这种方法尚属首例。这是为了满足不少人们在出行的时候携带了满箱行李，旅途归来的时候难免会有亲友赠送或者购买其他物品，这些物品只能外加手提袋装载，提起来大包小包非常不便。通过增加可以内附便携袋，需要时拿出装满物品搭置在主箱合理部位，可以空出手来做其他事宜，特别是对一些爱购物的女性群体，因此该系列箱包的主要人群在18岁―30岁之间青春活力的女性。
造型上，目前市场上会有造型的变化，但多以长方体，椭圆体为主，部分儿童类箱包会以可爱的动物为原型做仿生设计。笔者的设计准备对形体做曲线处理，一改逃不出的方圆造型，灵感来源于维纳斯断臂的躯干。自然界中有很多生物形体优美，被设计师广泛运用到产品设计中，人体之美更是自然界中的至美，把女性人体躯干做高度概括抽象的提炼，完成对箱体的优美曲线的处理，更加吸引消费者。
目前国内市场对箱包的设计主要以基本的方圆或个别的动物仿生造型设计为主，功能上比较单一，用材用料以为了适应工业生产为主，造型上还不够多元，有子母箱包的系列设计，但没有很好地结合。笔者的设计会对以上问题加以改进，运用人体优美的.造型，高度概括的抽象出与箱体合理的造型，增加挂置功能，把一个系列箱包紧密联系起来，使其成为一个整体，把被遗忘的一些传统工艺与现代技术相结合，做好这个系列箱包产品，努力改变以往人们对箱包的概念，从而改变细小的生活方式。
2 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
研究目标：通过对箱包设计相关书籍和目前市场的调查研究，创作一系列以人体为主题的扩容箱包，合理的选用抽象的造型和色彩，满足消费者的各项需求，进而获得产品良好的销量。
研究内容：目前我国扩容箱包的现状，功能、造型、色彩等，消费者的需求，箱包的发展趋势，制作工艺等。
通过市场调查发现多数拉杆箱品牌商在对箱体容量进行扩充时，常采用拉链加设加厚层做法，但是这种方法不能用在目前广泛采用ABS等硬质材料的箱体上，这就使硬质箱体的容积受到很大的限制。因而市场上又出现了子母箱体的设计，增加了女士的类似化妆包一样的手提包，做成一个系列，但是这种子母系列只在造型色彩上做了统一，结构上并没有十分紧密的联系，所以新的设计方案把子母箱包进行深化，使子箱包可以挂置在拉杆箱主体结构上。挂置有两种做法：其一，将子箱包一侧设计夹层，宽度稍微大于拉杆宽度，使其可以挂在拉杆上；其二，在子箱包一侧偏上部位加置挂钩，箱体上设计挂环，可以挂在一起。两种做法都要注意受力特点和造型美的要求。
造型服从功能，这也是本方案所遵循的形式美法则。造型上主要根据所附加的新功能做变化，其次为了改变以往死板的造型，融入新的元素做抽象化的概念设计。目前市场上有些箱包设计，有一些简单的造型变化，但是调查研究发现，有很多造型是纯粹为了造型而造型，属于不符合结构特点的造型。这种造型不仅浪费了材料，更增加了箱体重量，可谓画蛇添足。所以本方案的造型完全按照服从功能的要求去做，适当加入符合人体工学和美学的造型以吸引用户。加入抽象的人体局部造型，使造型抽象、大气、浑然天成。
色彩上采用清新活力的色系，比如采用柠檬黄、苹果绿、西瓜红等色彩来吸引18岁―30岁年轻活力的女性群体，色彩不仅对人的生理有天然的刺激作用，对人们的心理作用更大。不同的群体会有各自喜爱的色彩系列，采用这些清新活力的色彩适合了年轻女性的审美需求，展示了她们的青春活力，可以大大提高产品的销量。
购物是每个人的天性，从原始社会起，当人们得到了想要的东西就会心情愉悦，在当今社会就表现在购物的喜悦感上了。所以当拉起行李箱远出旅行的时候，在异地难免会看到自己心仪的东西，每次旅行归来，谁不想满载而归？这种现象对于年轻女性更为突出，所以增加外置子箱包，旅行前行李较少可以折叠起放在箱子里，回程时可以装满挂置箱体上。
最后要考虑的就是为了达到功能造型所需的物质技术条件，即产品制作工艺，采用新型的材料成型工艺，并结合传统箱包加工方法，做出传统与时尚相结合的产品。
解决的关键问题：合理附加拉杆箱新的功能，创作优美造型。
3 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
研究方法：观察法、调查研究法、实验等；技术路线：首先，整理相关材料，在保证符合箱包结构构造的基础之上（保证物体的某个部位仿生、放大，便于增加内部空间，附加外部构件）；将人体造型与箱包造型相结合，并绘制草图；其次，运用三维虚拟技术在电脑中绘制三维效果图并调试颜色的搭配；第三，运用三维成形机制作最终的形体，并合理组合；实验方案：目的，通过实验制作完成扩容系列箱包（加入抽象人体造型美）赋予箱包新的功能，增加可调节运载量的箱包系列，根据功能的需要设计合理的造型，满足人们对审美的要求，这也是设计应该做的工作；对象，拉杆箱，人体造型，便携袋，把旅途中的便携袋合理的与拉杆箱结合在一起，并赋予其优美的人体抽象化造型；方法，手绘、3D技术、三维成形技术，前期运用手绘方法快速的将自己的各种想法画在纸上，不断改进优中选优，并运用3D软件对预期效果做模拟展现；手段，实践手段，通过实际测量、绘图、制作，最终完成预期作品，把手绘和3D模型效果根据箱包生产的步骤，打样、开模、成型等做出实物；成果表现形式，做出一系列实物，并不断改进功能造型色彩和生产工艺，使产品成为满足消费者适销对路的商品；可行性分析：本次研究需要查阅大量关于扩容系列箱包设计、人体美学、箱包设计及制作工艺等的资料；在制作过程中需要一台配置很好的电脑、三维成形机等；需要熟练地掌握3D技能和手绘技法。
4 所研究的内容、拟采用的研究方法、技术路线等有哪些创新之处
本次研究与已有产品有着明显的区别，具体的创新与特色表现在：首先是造型上，在造型上首次将人体形象与箱包相结合，来创作新的箱包形象，使形象更加优美，并较之以往的造型更具有时尚感；其次是色彩上，在色彩上运用时尚活力的色系，这样的颜色在与曲线的造型相结合后，使作品更具有现代感，更容易被年轻人所喜爱；第三是在功能意义的传达上， 增加内附箱包，需要时取出，大大满足了旅行满载而归的愿望。根据笔者的调查研究，目前市场上的箱包设计还没有涉及这个方面的设计。所以此方案可以补充市场空缺，抢占该部分市场，进而对拉杆箱及周边产品重新定义，从而改变人们的细微生活方式。
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[2]陈兰芬.《箱包设计》.轻工业出版社，1990年1月1日.
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