（八）燃料电池技术
它是一种把化学能直接转换为电能的换能装置。与热机相比，效率要高很多，无噪声，对环境无污染，被视为是21世纪最有前途的发电技术之一。燃料电池最初是为解决太空电源而开展研制的。但由于其应用领域很广，能用作汽车、舰船的动力电源，因而极有希望建成大规模工业用电的高功率燃料电池。有人认为，以空气为氧化剂，以石油、天然气或煤炭为燃料的燃料电池系统如能建成，将是能源工业的一项重大变革。
（九）燃煤磁流体发电技术
这项技术又称为等离子体发电技术。燃煤磁流体一蒸汽联合循环能使热能直接转换成电能，其发电原理是利用法拉第电磁感应定律，使温度极高并高度电离的等离子气体高速流经强磁场而直接发出直流电，经交、直流交换装置送入电网；从磁流体出来的气体，还可送往常规锅炉，通过加热锅炉中的水产生蒸汽来驱动汽轮机发电，从而组成高效应的联合循环，发电效率可达55％以上，并可节约冷却用水50％左右。
除上述新能源技术之外，受控核聚变技术、生物质能技术、风能和地热能的利用技术等也都很有发展前途。
二、新能源技术的发展前景
（一）洁净煤技术可望在21世纪初实现商业化应用洁净煤技术是当前世界各国解决环境污染问题的主导技术之一，也是国际高技术竞争的一个重要领域。“选煤”是这项技术的第一个关口，主要是除去或减少原煤中所含灰分、矸石、硫份等杂质，并按产品质量分成若干等级，以满足不同用户的需要。
目前发达国家对需要洗的原煤早已全部人洗。“水煤浆”是把灰份很低而挥发很高的煤研磨成微细煤粉，再配兑一定比例的水、分散剂和稳定剂，使其能够像燃料油一样运输、贮存和燃烧，从而实现以煤代油。前苏联以及日本、瑞典等国的“水煤浆”已经实现商业运行。采用先进的燃烧器和“流化床燃烧技术”，主要是为了抑制燃烧中二氧化氮的生成，提高燃烧效率并减少二氧化硫和二氧化氮排放的新一代燃煤技术，已被一些发达国家普遍采用。煤气化联合循环发电是利用煤气化生产的燃料气来驱动燃气轮机发电的同时，利用余气加热锅炉生产蒸汽驱动汽轮机发电的一套联合循环发电系统，它是美国洁净煤燃烧计划的重点，正在建示范厂，在21世纪初将成为燃煤发电的主导技术。此外，净化烟道气、对固体颗粒予以控制和除尘以及煤气化新工艺的研究等，在国外也已经引起高度重视。目前，煤炭的间接液化已投人商业营运，直接液化也正在进行商业化前的中试。
（二）燃煤磁流体发电技术还有一些关键技术尚待突破自1959年美国对磁流体发电取得原理性试验成功后，已有17个国家先后开展了这方面的研究，现已进入建设示范性商业电站阶段。我国对这项技术已经进行了30余年的研究，并于1987年将其列入了国家“863”计划，但是，由于一些关键技术如发电通道中的电极材料、超导磁体等尚待突破，目前仍处于工程试验阶段。我国计划在21世纪初建成一座12兆瓦燃煤磁流体发电一蒸汽联合循环实验装置，以便为进入21世纪后建立示范站并与美、日等国同步进入实用化阶段作准备。
（三）核能技术将继续发展并得到大规模应用经过50多年来的发展和运行，核电被认为是一种安全、清洁和经济的能源，已在核发电和核能供热两方面得到了广泛应用。一些化石燃料能源吃紧的国家，已选定核能作为主能源。据1993年统计，核电在电力总供应量中所占比例最高的是法国（占72.9％），其次是比利时（59.9％）、瑞典（43.2％）和韩国（43.2％）。科学家们预计，从20世纪末至21世纪20年代，现已发展比较成熟的热中子裂变反应堆，如压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆等核电站，将继续发展并得到大规模的应用。到2020年以后，利用裂变核燃料的快中子堆将投入商业运行，并将逐渐成为为人类提供能源的重要角色。
受控核聚变是人类将来取之不尽的能源，而且几乎没有放射性废物，被誉为是“未来能源之光”。在1985年的第一代实验动力堆实现几万千瓦的电力输出，1990年的第二代实验动力堆将电功率提高到10多万千瓦后，目前正集中力量建造50万千瓦以上的示范堆，以验证核聚变动力的经济性和运行性。科学家们乐观地认为，21世纪下半叶核聚变能电站将投入商业运行，成为人类能源的主要提供者。我国的核工业已经有40年的发展历程。
核建设是我国核工业转向民用的主要任务，现已基本掌握压水堆核电站技术。秦山核电站已于1991年12月并网发电，大亚湾核电站也于1994—1995年投入商业运行。快中子堆、高温气冷堆和聚变一裂变混合堆三种先进堆型的研究开发也已列入了“863”计划。其中，热功率为1万千瓦兼发电功率约2万千瓦的高温气冷实验堆，也将于21世纪初投入运行。快中子堆可望在2020年后发展成熟并推广应用。聚变一裂变混合堆也已取得一定的技术突破，并建成了一批实验装置，为21世纪的进一步发展打下了基础。
（四）太阳能发电技术将进入推广应用阶段
太阳是一个巨大的“永恒”能源，每年发送到地球上的能量相当于1.9×10¨吨标准煤，比全世界每年能源总消耗量要高出4个数量级以上。为了把太阳能聚焦起来用于发电，美国从20世纪70年代后期开始研究，现已在加利福尼亚州的沙漠地区建立了9个属槽式系统的太阳能电站，总发电容量达350兆瓦，总发电效益为13％一16％。美国还在加州建立了一座发电容量为10兆瓦的塔式系统太阳能示范电站。其他国家也有类似的太阳能发电装置。这项技术在21世纪上半叶将进入推广应用阶段。
随着太阳能电池板技术的日臻完善，欧洲和日本已经出现了大批太阳能民用住宅和办公楼。太阳能发电除了可供建筑物本身使用外，富余的电力还可输入公用电网。据专家预测，太阳能电池板将给世界建筑业带来一次创新机会，将使建筑的风格焕然一新。我国研制太阳电池始于1958年，1976年实现商品化生产，目前年产能力已达5500千瓦。此外，我国还建立了4座千瓦级的光伏电站，21世纪也将会有更大的发展。
第五节激光技术
激光是自然界中原本不存在的、因受激而发出的一种特殊的光，具有方向性好、亮度高、单色性好和相于性好等特性。所谓激光技术，是指探索开发各种产生激光的方法以及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称。自1960年美国研制出世界上第一台红宝石激光器（我国于1961年研制成功首台国产红宝石激光器）以来，激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。近40年来，激光技术得到了突飞猛进的发展，不仅研制出了各具特色的多种多样的激光器，而且其应用领域不断扩展，形成了激光唱盘唱机、激光医疗、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新兴产业。激光技术的飞速发展，使其成为了当代高技术发展中的一个重要领域。
一、激光器
所谓激光器，是指使光源中的粒子受到激励产生受激辐射跃迁，实现粒子数反转，然后通过受激辐射而产生光的放大的装置。激光器虽然多种多样，但其目的都在于通过激励和受激辐射而获得激光。激光器通常由激活介质（被激励后能产生粒子数反转的工作物质）、激励装置（能使激活介质发生粒子数反转的能源，泵浦源）和光谐振腔（能使光束在其中反复振荡和被多次放大的两块平面反射镜）等三部分组成。
激光器种类繁多，特点各异，用途也各不相同。经过近40年来的发展，世界各国开发出的实用激光器已超过200种。激光器有各种不同的分类方法：按工作物质来分，有气体、玻璃、晶体、液体、半导体、准分子等激光器，还有化学激光器（靠化学反应而形成受激状态）和自由电子激光器等；按波长来分，包括远红外、红外、可见光、紫外直到远紫外，近年来还研制出了X射线激光器，并正在开发丫射线射光器；按激励方式来分，有光激励（光源或紫外光激励）、气体放电激励、化学反应激励、核反应激励等；按输出方式不同，可分为连续的、单脉冲的、连续脉冲的和超短脉冲的等等；从功率输出的大小来看，其中连续的输出功率可小至微瓦级，最大可达兆瓦级，脉冲输出的能量可从微焦耳至10万以上焦耳，脉冲宽度可由毫秒级到皮秒级乃至飞秒级（1000万亿分之一）。
上述各式各样激光器的出现，主要是为了满足不同的应用目的。如激光加工和某些军用激光要求高功率激光或高能量激光（即所谓强激光）；有的希望脉冲的时间尽量缩短，以从事某些特快过程的研究；有的则对提高光的单色性、改善输出光的模式、改善光斑的光强分布以及要求波长可调等提出了很高的要求，从而使激光器的探索深度和应用广度得到了前所未有的发展。
二、激光的应用
激光是20世纪内人类最重大的发明之一，激光技术的应用已经广泛深入到工业、农业、军事、医学乃至社会的各个方面，对人类社会的进步正在起着越来越重要的作用。
（一）激光在信息领域的应用
半导体激光器和光纤放大器是光纤通信的两项关键技术。由于半导体激光器发出的激光不仅单色性和相干生好，而且光波频率比微波频率高出万倍，因此，以激光为传递信息的载体、用光纤做信息传递线路的光纤通信，不仅通信质量好、抗干扰能力强、保密性好，而且通信容量比微波通信要提高上万倍。一根比头发丝还细的光纤，就可以同时传输上万路电话或成千路电视节目。
利用激光技术进行光存储，使信息的存储发生了革命性的飞跃。一张CD声频光盘的记录密度相当于1000万比特／厘米2，可记录78分钟的音乐节目，比密纹唱片要大好几个数量级。一张计算机用的盘径为5英寸的（CD一ROM，容量可达650兆比特。一张LD（激光录像盘）或近几年热门的VCD（激光视盘，俗称小影碟），以及继VCD之后出现的新一代视盘DVD（数字视盘），其视像蕴含的信号量比CD又要高出千倍，可记录100分钟的清晰度很高的影视节目。CD、VCD、LD和DVD不仅已在放像设备市场占有相当大的份额，而且还可以在配有激光驱动器的计算机上播放。此外，激光打印机、激光传真机、激光照排、激光大屏幕彩色电视、光纤有线电视以及大气激光通讯等均已得到广泛应用。
（二）激光在工业领域的应用
激光由于方向性好，可瞬时产生高温高压，已在一些传统加工方法难于驾驭的领域大显神通，如对复合材料、陶瓷等的加工。激光用于焊接，不仅焊接质量高，而且无需采取保护措施，特别适用于航空、航天和汽车工业的重要零部件以及集成电路的焊接。激光用于切割，无振动噪音，少尘埃烟雾，尺寸精确，切口整齐，同计算机配合可实现切割的全面自动化，能大大提高切割的效率和精度，特别适用于复合材料、塑料、陶瓷等的切割以及服装的裁剪，已在世界各国形成规模产业。激光对超硬合金、宝石、陶瓷、金刚石等坚硬材料的打孔，工艺已很成熟，不仅解决了过去对坚硬、难熔物质的加工困难问题，而且加工精度和效率都很高。激光用于表面热处理和表面淀积处理，能量利用率高，表面处理质量高，能大大提高工件的耐磨性和使用寿命。此外，激光打印机、激光雕刻机、激光整经机、激光导向仪和光学条码读出器等工业产品都有很好的市场占有率。
（三）激光在农业领域的应用
农业是激光技术应用的最大受益者之一。如用适当剂量的激光照射种子的发芽点，可促使种子内部结构发生变化，达到改良品种、刺激植株生长、促进发育、增加产量的目的。用激光育蚕，我国已培育到第八代，育出的蚕具有好养、高产、优质、抗逆性强等优点。用激光照射受精卵的机体，能提高其孵化率和抵抗力，出生的雏鸡健壮，抗病力强。激光用于水产养殖，可消灭害虫、杂草，加强叶绿素光合作用，育藻增氧，还可代替激素进行鱼类人工繁殖，促进其机体发育，提高产量。用激光手术刀对珍珠完成自我植株，可使珍珠贝利用率提高1倍以上，且可产生各种异形珍珠，增加新品种。
（四）激光在医疗领域的应用
自1964年开始将激光用于临床对视网膜进行凝固治疗以来，利用光凝固法治疗封闭视网裂孔、视网膜静脉梗阻、脉络膜血管瘤、外层渗出性视网膜炎以及糖尿病性网膜症等眼病均取得了很好的疗效。采用所谓激光力学治疗法治肺癌，不用开胸便可有效治疗，是当前最先进的减少感染、术后无伤疤并已成功用于脑肿瘤、食道癌、乳腺癌的切除以及溃疡、皮肤病等的治疗技术。此外，用激光组织焊接法来连接微细血管，用激光清除血管内壁治疗动脉硬化和前列腺肥大症，用激光照射治疗慢性湿疹、神经性皮炎和牙科疾病等，均已得到广泛应用。利用激光微加工特性，还可对细胞打孔，对基因进行切割，从而为生命科学的研究提供了一种新手段。
