能源危机:核能被提上议事日程

空气污染的有害影响已经被报道过很多次，统计数据不言自明:根据世界卫生组织的数据，每年有700万人死于呼吸恶劣的空气。但除了对身体健康的影响外，污染还会如何影响心理健康，尤其是更容易受到其影响的年轻人，这一点还没有得到详细研究。这是丹佛大学的Erika Manczak着手研究的一个缺点。她向克里斯·史密斯解释了她是如何发现青少年接触臭氧(空气污染的一个组成部分)与抑郁症的发展之间存在密切联系的。

加州环境保护机构定期从空气质量监测器上收集臭氧等信息。我能够将这些数据映射到我们正在进行的一项研究中，该研究对旧金山的青少年进行了为期四年的研究。

克里斯:这两者是重叠的。然后你可以说‘这是空气状况，这是他们的心理健康状况。’

埃里卡:没错。是的。我们能够获取参与者的家庭住址并确定他们居住在哪个人口普查区，然后获取加利福尼亚州的数据并确定该人口普查区的平均环境臭氧水平。

克里斯:当你们这样做的时候，你们之间产生了什么关系?

Erika -我们在青春期开始前就开始跟踪我们的青少年。当我们的大多数参与者在9到13岁之间时，我们在接下来的大约4年里跟踪这些青少年，而他们每个人都在青春期过渡。我们发现的一件事是实际上在心理健康症状和臭氧基线之间没有联系当青少年处于青春期之前。然而，一旦他们进入青春期，我们就开始看到臭氧水平在心理健康方面的显著差异。居住在社区臭氧水平相对较高的人口普查区的青少年在这4年期间患抑郁症的几率显著增加。而那些生活在臭氧暴露相对较低的社区的青少年，他们的抑郁症状实际上没有任何明显的变化。

克里斯:你能理清环境的影响吗?因为如果我住在一个非常下坡的地方，我接触到的环境污染可能会很高，我接触到的其他因素也会很高;犯罪，恶劣的环境，恶劣的户外空间，等等。这些因素很可能起到了一定作用。你能把这两个不同的方面分开吗?

Erika:问得很好，这是我们真正关心的问题，因为这本质上是一个相关研究。我们不能明确地说明我们的联想是否有因果关系，我们只能看它们是否相互关联。在这项研究中，我们还可以看到生活在贫困线以下的家庭数量，单个家庭的社会经济地位，以及社区中有多少人完成了高中教育。我们能够证明，我们的影响并没有被其他一些社区层面的问题所解释。

Chris -这就说明暴露在这种污染中确实存在一些问题，无论是臭氧还是其他你无法测量的东西，但它和臭氧同时存在，这两种情况都有可能。但你认为这是怎么发生的呢?它的机制是什么?

Erika -我们从臭氧对身体健康影响的研究中了解到的一件事是，吸入臭氧会增加肺部的炎症，但也会增加全身的炎症。反过来，我们知道全身性炎症与哮喘或心血管疾病等疾病有关。然而，在心理学上，我们也认识到，这些相同的全身性炎症模式也与抑郁和抑郁症状有关。也许我们发现的生物学途径之一是，吸入臭氧可能会增加体内的炎症，这将使青少年随着年龄的增长更容易出现抑郁症状。

克里斯-这跟青春期有什么关系?你提到在基线上没有差异。换句话说，在他们进入青春期之前，每个人的情况都差不多。你只是进入青春期后更脆弱吗?

埃里卡-是的。至少对于抑郁症状来说，情况似乎就是这样。值得庆幸的是，青春期前儿童的抑郁症状水平相对较低。然而，一旦孩子进入青春期，我们确实看到抑郁症状的显著增加，这最终表明，在青春期的变化期间，风险似乎更高。这种风险增加的确切原因尚不清楚。这当然可能与荷尔蒙有关，也可能与急剧变化的社会环境有关。在我们的研究中，我们的发现与这种模式非常吻合，表明在青春期之前，我们并没有真正看到这些风险关联，但一旦青春期到来，我们就开始看到一些风险出现。

你是一个关灯的人，还是一个开灯的人?当然，我说的是你什么时候睡觉。有些人喜欢开着灯过夜，但现在一项新的研究表明，这是一个坏主意，相反，在漆黑的环境中睡觉对你的身体健康更有益。裸体科学家哈利·刘易斯(Harry Lewis)非常喜欢在完全黑暗的环境中睡觉。

哈利——我当然喜欢克里斯。摘下耳塞。窗帘拉开了。准备好迎接新的一天。这是正确的。西北大学睡眠医学和神经学系主任菲利斯·齐(Phyllis Zee)协调的一项新研究揭示了开着灯睡觉的健康风险。我找到她了，但我找到她时，她并不在伊利诺伊州。

菲利斯-我现在在罗马。在意大利。在永恒之城。

哈利-那是封锁开始前我最后去的地方。这是一个非常明亮的城市。虽然你被历史遗迹覆盖着，但周围还是有很多光线。

菲利斯:罗马市中心有很多光线。我注意到许多废墟和美丽的历史遗迹在晚上也会被点亮。但是，如果路灯就在你的窗户旁边，尤其是当你想睡觉的时候，它们可能会很亮。

哈利-这就是我们要讲的。你们最近可能已经看到了一些研究，讨论了如果你在睡觉的时候有灯光照射，会对我们的健康产生什么影响。你从这项研究中发现了什么?

菲利斯:我们发现，即使是在非常健康、相对年轻的人身上，让他们开着灯睡觉，与让他们在非常非常暗的光线下睡觉，比如不到3勒克斯的光线下睡觉，也是有区别的。那些在房间灯光下睡觉的人在整个睡眠期间心率更高，第二天早上，我们用葡萄糖挑战他们。他们喝了很多葡萄糖，我们发现在光照条件下睡觉的那一组有我们所说的“胰岛素抵抗”。这意味着为了保持血糖和葡萄糖的正常水平，身体必须分泌更多的胰岛素。这就是我们在2型糖尿病患者身上看到的情况。这种组织对胰岛素不那么敏感。

哈里:如果我们推断一下，这是否意味着如果你在有光的情况下睡觉，不要太多，只是一点点，那么这可能会导致某人更有可能被诊断为糖尿病?

菲利斯:我们知道，在睡眠中有胰岛素抵抗和心率加快，正常情况下，你的心率应该在睡眠中下降，这可能是我们所说的心血管或代谢紊乱的一个危险因素。还有其他研究，其中一项是去年刚刚发表的。他们发现，那些晚上开着灯睡觉的人，无论是开着灯、电视还是外面的灯，都有更高的肥胖风险。

哈利——我觉得因为我们已经成长在这个光无处不在的时代。一定有很多关于睡觉时光线对我们健康影响的研究。是这样吗?我的假设对吗?

菲利斯:实际上，关于我们睡觉时光线的研究并不多。我们的大部分研究都集中在晚上的光线上，通常是在我们睡觉前。当你醒着的时候，你躺在床上，看着你的手机，看着你的发光设备。其实更多的是在睡前。我真的很惊讶。我不开着灯睡觉，不过英国有一项调查显示，大约有30%到40%的人开着灯睡觉。我的意思是，这是很多。

哈利——是的。我的意思是，我床边有一个小收音机，它发出的光可能足够我看清周围。也许我应该在睡觉前把它关掉。

菲利斯-是的。尤其是蓝光，你的大脑会被短波长或蓝到绿色的光激活，而不是红色或琥珀色的光。我说，有时候出于安全考虑，人们不得不开着灯，但考虑一下改变灯的颜色。当然，如果它是蓝色的，那么它就会稍微偏红一点。它会影响睡眠。它会影响你的饮食。这是我们可以用来改善健康的另一个可改变的因素。

在供应短缺的推动下——以及在多个地区追求绿色议程——许多国家已经面临能源危机。加油站的燃油价格达到了我们从未见过的令人瞠目结舌的水平，一些人的电费在几个月内翻了一番。能源短缺的一个后果是人们对核能的兴趣重新燃起，在这种情况下，核能作为一种选择看起来非常有吸引力，正如能源顾问杰里米·戈登(Jeremy Gordon)和剑桥大学贾奇商学院(Judge business School)的西蒙·泰勒(Simon Taylor)向王伊芙琳娜(Evelyna Wang)解释的那样……

西蒙-英国是核能的先驱之一，在过去的几十年里，核能对英国的发电做出了相当重要的贡献。它仍然占我们生产的电力的15%左右，但它现在正在缩小，或者即将缩小，非常迅速，因为，按照目前的计划，除了一个老电站外，所有的老电站都将在这个十年末关闭。因此，除非我们建造新的核电站，否则核能的份额将会缩小。问题是，无论是在美国还是在欧洲大陆，新的核电站在经济上都是非常麻烦的。

Evelyna -为什么建一个新车站这么有挑战性?

西蒙:核电站的结构异常复杂。支持核能的根本理由是，你可以从极少量的铀中获得大量的能量。问题是这个过程会产生大量的辐射，这是危险的，所以你必须在它周围建造防护结构。你还必须建立各种后备系统，以确保在发生事故或停电的情况下，核电站可以安全关闭。这本质上造成了一个非常复杂的结构，而这个结构反过来又非常复杂。好消息是，至少在某种程度上，我们可以边做边学——建造更多这样的核电站是有好处的，因为你做得越来越好，成本也会逐渐下降。低到什么程度还有待观察。有一些证据表明，情况正在好转，但投资者显然对此持怀疑态度，直到它真正发生，而这正是政府必须承担一些风险的地方。

伊芙琳娜——我明白了。如果他们要建新的工厂，那么这些工厂将建在哪里?

西蒙:政府不久前做了一次实地调查，确定了几个地点，这些地点几乎都是现有的，那里有第一代或第二代核电站，其中一些现在已经关闭了。这些地点都有物理上的特点，除其他外，它们需要远离城市地区，它们需要在海岸上，因为你需要大量的水来冷却，电网连接已经在那里，这意味着你不需要增加大量的额外投资。他们在很大程度上也得到了当地的支持，因为核电站雇佣了很多人;他们创造了非常高薪的工作，在没有很多其他就业机会的典型农村地区创造了额外的经济活动。

伊芙琳娜-作为对未来的预测，你认为我们可以把核技术作为未来清洁能源的一部分吗?

西蒙:核能的主要理由是，它是一种可靠的、可预测的低碳或零碳电力来源。拥有可预测和可靠的电力供应，特别是在冬季，价值相当高。所以，我认为英国至少有一些核能作为混合能源的一部分是一个很好的例子，只要它不贵得离谱。正如我所说，有证据表明情况正在好转。乌克兰最近发生的事情传递出的一个信息是，依赖进口能源是有风险的。我希望这能加强英国和其他国家对核能的支持。

我们都听说过核裂变，也就是通常所说的原子分裂，但还有另一种形式的核能，它拥有几乎无限的潜力，据说更安全、更清洁。这就是核聚变。核聚变不是将原子分开，而是将较小的原子聚集在一起形成较大的原子。这是为太阳提供能量的过程，所以我们知道它是有效的。挑战在于试图在地球上重现恒星内部的条件，使核聚变成为可能!他们尝试这样做的地方之一，现在取得了一些成功，是JET -欧洲联合环，在Culham。伊芙琳娜·王去四处看看……

费尔南达-当两个轻元素融合并释放出比之前更多的能量时，聚变就发生了。

伊芙琳娜——那是费尔南达·里穆尼，等离子体物理学家和JET的高级开发经理。JET代表欧洲联合环面。反应堆的形状包含在名称中。JET是一个环面或甜甜圈。这种形状对这项研究至关重要。

费尔南达-我们限制这种非常热的等离子体的方式，我们需要非常热的燃料来产生核聚变，是通过使用磁场。等离子体是由铁粒子构成的。它们粘在磁场上。

Evelyna -如果原子要获得足够的能量来聚变，燃料，或者等离子体，需要非常热，超过1亿摄氏度。然而，事情并没有这么简单。当等离子体升温时，它想要向外膨胀——它想要与其他物质碰撞，反过来，这些物质又把它冷却下来。解决办法是用大磁铁把它困住，迫使它绕着反应堆旋转。JET的研究人员已经取得了成功。去年年底，该团队创造了迄今为止最长聚变时间的新纪录:5秒。我很想近距离地看看JET，但我参观的第一站是控制室。

费尔南达:你在屏幕上看到的光，那是等离子体。我们在船里装了摄像头。您在这里得到的简单视图只是检查一切是否正常。

伊芙琳娜:我可以问一下他们现在在做什么实验吗?

费尔南达:现在他们正在进行清理实验;所以，相当低的功率，非常低的温度实验。从明天开始，我们继续做一些高温实验。我们会在等离子体中加入一些额外的加热，然后我们会一直持续到周末。

伊芙琳娜-我们仍然需要找出实验等离子体的最佳条件。听起来很有趣，但这正是JET的初衷。它是用来研究等离子体的。这些实验将更好地为未来的核聚变反应堆提供信息，希望有一天，我们能打破目前的记录。

费尔南达-大多数实验都是扫描。你有基本的等离子体，然后稍微改变加热功率，等离子体的密度，稍微改变磁场。您尝试一次更改一个参数。

Evelyna -每个人看起来都很忙!

伊芙琳娜:从控制室走到下一栋楼，聚变反应堆就在那里。

费尔南达:会很吵的。

伊芙琳娜-好的。哇。

费尔南达——在那些黄色的门后面(这就是它的来历)。因为机器在运行，这些门是关闭的还有另一个防护罩，一个二级防护罩。

伊芙琳娜——会场是一个巨大的仓库，人们在搬运大箱子，熙熙攘攘。甚至有一个巨大的起重机在中心砰砰作响。因为JET一直在使用中，我无法得到实际的反应堆，但我确实看到了次好的东西。

费尔南达-你可以看到模型，在上面。

伊芙琳娜:那是复制品?

费尔南达-这不仅仅是一个复制品。JET是由像橙子一样的部分组成的——它是由八个八边形组成的。当他们建造它的时候，他们建造了9个。他们做了一个额外的测试。是的，全尺寸的，就是那个。

Evelyna -从我站的地方看，这个复制品看起来像一个由巨大的金属脚手架支撑的金属甜甜圈。与真正的反应堆相比，这个模型缺少了所有的外部线路，冷却水的粗管和巨大的磁铁。但我还是走上楼梯，把脸贴在窗户上。

费尔南达-这是JET的尺寸。

Evelyna -它大约是四个集装箱排列成一个立方体的大小。在里面，它是一个中空的大甜甜圈。金属板像鳞片一样排列在墙上。奇怪的是，在模型里面，有一个巨大的四方形机器人。费尔南达告诉我，反应堆内部的维护是由一个叫吉祥物的遥控机器人进行的。反应堆的复制品被用来训练操作员操纵机器人。为了了解她的意思，我们走进了远程处理室。

费尔南达-这是遥控控制室。

伊芙琳娜-这太酷了!

费尔南达-是的，这是最酷的事情之一。

伊芙琳娜:在里面，房间中央有两个把手，墙上有几个大电视屏幕。

费尔南达-基本上，会有一个人从这里控制它。

伊芙琳娜-所以他们就站在那里用把手?

费尔南达-他们使用手柄，操纵器，吉祥物进入圆环，做任何需要做的事情，从取瓷砖到拧开东西，然后再把东西装上。吉祥物有摄像头，所以有一个完整的视图的人在做什么。设计JET的人都是具有物理和工程双重背景的人，这并非偶然。从那以后，它一直是设计和开发的核心。

Evelyna - JET的经验教训和实验为ITER(国际热核实验反应堆)的设计提供了参考，这是法国正在建造的一个新的聚变反应堆，它的体积是JET的两倍。

新技术通常也需要新材料来满足工程师对它们的要求。这有点像随着蒸汽机的发明而出现的新一代钢材和铸造方法。在核聚变的情况下，极端的操作条件，以及过程核心等离子体的高能量，意味着我们现有的材料无法切割它，我们需要发现它们的脆弱之处，以及如何制造更好的材料，安迪·伦敦博士向伊夫琳娜·王解释道。

Andy - JET有一些非常有趣的结果。我们真正感兴趣的是等离子体对壁的影响，这导致了许多不同的过程。它会在你移除材料的地方造成侵蚀，但可以移除的材料也会沉积下来。有时是在一个非常相似的区域;这种侵蚀沉积过程一直在动态地发生。在其他地方，反应堆的某些部分有很多侵蚀，有些地方有很多沉积。如果我们看一下材料的横截面，你可以看到不同的层，这些几乎对应于不同的射流实验。不同的脉冲和不同的条件下运行几乎就像穿过一棵树观察树的年轮;你可以看到不同程度的沉积发生在不同的运行参数下。在那里，我们真的在试图理解，我们运行反应堆的方式对材料表面性能的影响。 We're looking there at the chemical structure, we're looking at the mechanical property change, because that tells us about how the components will perform, and ultimately feeding into the design of new materials that will be more resilient and help the reactor to run better and for longer.

伊芙琳娜:如果我可以问的话，能举个新材料的例子吗?

安迪-是的，当然。我们正在研究的一个非常有趣的领域是能够承受高热负荷的材料。你不希望你的材料融化，你不希望它溅射掉。钨是我们使用的主要材料之一，但它有一些缺点，它是一种很脆的材料。我们正在寻找使钨更具延展性的方法。而不是它弯曲和破裂，从工程的角度来看，这是不好的，你不希望一个组件弯曲和破裂。理想情况下，你想让它弯曲，然后改变形状，然后你就知道它失败了。你不希望它裂开，因为那将是非常糟糕的。我们基本上可以在其他工程领域采用相同的原则。在复合材料中，你可以制造纤维复合材料，当你把材料做得更小的时候，你可以使它们更坚固，制造钨纤维复合材料。 Even within Tungsten in these little fibres, that makes the whole material structure much stronger and much more ductile. Now we're looking at, when you then irradiate that with neutrons, when it has damage, when it has transmutation and it changes from one material into another, do you still get those same good properties and what happens when you expose that with a plasma. Does having these extra fibres in there mean you don't have a smooth surface. Does that mean you get more interaction with the plasma or less? And those are the kind of things that we're looking at.