冷核聚变再度升温

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・观察・ 热核聚变
太阳的能量来自其内部的氢原子核聚变反应，并为地球提供 了几乎取之不尽的能源。但是， 核聚变特别不容易实现， 原子核由 于带有同种正电荷而相互排斥，在太阳内部极高的温度和压力条 “ 库仑势垒 ” 件下， 原子才能够克服这种 发生核聚变反应； 同样， 人 类 制造 出的 热核 武器 也 可以 在一 个 很短 的时 间 内达 成上 述 的条 件， 在地球上引发核聚变反应。 但是， 建立一个核聚变反应堆， 将核 聚变释放出的巨大能量加以有效利用，似乎仅仅是一个空泛的设 想。 经过几十年的探索和实践， 传统热核聚变所需的高温高压只能 在某些特定时点实现，而目前，在一些实验性的热核聚变反应堆 中， 引发核聚变所需的能量通常大于核聚变本身释放出的能量。 较高。 伊利诺斯大学的乔治・米勒 认为，这其中包含着很重要的物 理学现象。怀疑论者不会因此改 变他们的观点，但他认为一些先 前的中立者对实验的认同程度将 会增加。 然而， 这将鼓励那些从事 冷核聚变的研究人员，虽然研究 人员自己也不确定这项研究将走 向何方。米勒认为， 当前， 冷核聚 变领域的研究方向完全由实验引 导， 期待着相关理论的出现。 这向一些理论上的探索者， 如哈根莱斯特等提出了挑战，他 们需要填补传统的原子核理论和 冷核聚变实验现象之间巨大的鸿 沟。 哈根莱斯特认为， 困难主要来 自 于 一种 根 深 蒂 固的 传 统 观 念 ， 人们认为 原子物理创立 !" 年来， 基本粒子间的相互作用发生于真 空中，而真空可能仅仅是一种假 设的近似情况。 他认为， 这种假设 将在冷核聚变中被证明是错误 的， 金属的晶格中填满了胶子。 他 的解释是，氘原子与周围的钯原 “ 声子 ” 子交换振动能或者 。这种 交换可以增强原子间的相互作 用，导致在冷核聚变实验中所能 观察到的聚变反应；而在通常情 况下， 这样的相互作用非常微弱， 不易被察觉，而且发生聚变反应 的概率也非常低。哈根莱斯特的 理论仍有待完善，但某些预言已 为实验所证实，这是冷核聚变获 得广泛认同的重要步骤。 他坚信， 在不远的将来，我们有希望解开 更多的谜团。 能源部门的正面评价将打开 资金援助之门，缓解冷核聚变研 究资金短缺的压力。但即使在冷 核聚变被证明在理论上可行之 后， 依然存在另外的问题。 冷核聚 变效应是否足够强大，能够满足 实际能源生产的需要？ 米勒认为， 即使冷核聚变能够用于商业用 途，它也不可能与热核聚变直接 竞争。米勒本人同时从事这两个 方面的研究。冷核聚变能够在较 小的尺度下工作，符合分布式能 源的要求。热核聚变的故乡是太 阳，如果热核聚变能够在地球上 以受控的方式实现，那将是一个 为电网供电的大型反应堆。 尽管困难重重，但毕竟研究 冷核聚变的学者团体在经历了 #$ 年的奋斗之后，终于看到了被 肯定的曙光。 % 胡若南 & 编译 ’
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虽然他们的工作不被主流的物理学界认可， 但这些物理学 而 家们仍在不懈地钻研。因为冷核聚变可能成为一种新能源， 且他们的实验中确实产生了热量和新的元素副产品。这些现 可以基于最 象， 除核聚变外尚无新解。近日， 美国能源部认为， 新的一些实验结果， 对冷核聚变进行重新评估。
冷核聚变 再度升温
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美国犹他大学 !"#" 年 $ 月， 的庞斯和英国南安普敦大学的 弗雷希曼宣布在室温下实现 “ 冷 核聚变” 。该发现一经公布便在 全世界范围内引发轩然大波。他 们用钯电极电解含氘（ 氢的同位 素 ） 的重水，并在一段时间内观 察到异常的能量输出，超过单纯 的化学反应所能产生的能量。最 初，看起来他们发现了一种利用 核聚变能量的便捷方法，全世界 的实验室都力图重复他们的实 验。但是，这个似乎很简单的实 验始终没有得到确切的验证。几 个星期之后，多数物理学家认为 冷核聚变是一个错误，因为实验 结果违背传统的物理学理论，即 原子只有在高温和高压下，才能 获得足够的能量，克服原子间的 静电排斥力，到达足够近的 “ 距 离” 以引发核聚变。 然而，核聚变及其创造无限 能量的前景仍然吸引一批科学家 从事该领域的研究。 通常， 他们什 么都没有发现； 但不时的， 他们的 实验似乎观察到异常的能量输 出； 还有一些时候， 他们捕捉到核 聚变的产物， 一些新的原子， 喻示 着的确发生了某些不为人所知的 核反应。 %&&$ 年 # 月，第十届国际冷 核聚变年会在剑桥大学举行，来 自麻省理工大学的副教授哈根莱 斯特主持年会， 他认为， 与物理学 变革相关的一些新发现已经显 现。实验证明， 在恰当的条件下， 钯电解重水实验能够释放出更多 的热能， 高于传统理论的预期。 同 时，实验产生的新原子的数量也 与异常能量输出的规模相匹配。 验证发生核聚变反应的两大主要 证据均已具备。哈根莱斯特在看 到所有的迹象都指向同一结论 —— — 发生冷核聚变反应时，他敦 促美国能源部对这一研究领域进 行重新评估。 热心于此 在过去的 !’ 年中， 道 的 科 学 家 撰 写 了 大 约 $&&& 篇 论文，但只有极少数被科学类杂 志发表。 熟悉光学、 能源和核物理 等相关研究领域的哈根莱斯特认 为， 大多数论文毫无意义， 但其中 可重复 有 ’& 篇提供了有价值的、 的实验结果。 其中， 异常能量输出 已经为大量实验所验证，但先决 条件是氘和钯电极的存在，用普 通的氢就不行。通过对实验所释 放出的热量的精确测量，测量到 的热量净输出高于传统理论的预 测。 实验在异常能量输出的同时 还产生了氦原子，可能是两个氘 原子聚变的产物，而且其数量与 净输出的能量成正比。根据理论 推算，核聚变反应每产生一个氦 （兆电子伏 原 子 将 释 放 出 %()*+ 特） 的能量。 斯坦福研究所的麦克 尔・麦库珀的分析结果显示，每 产 生 一 个 氦 原 子 释 放 $!)*+ 的 能量， 误差范围为正负 !$)*+ 。 一 些怀疑论者可能仍对冷核聚变有 所质疑，但是哈根莱斯特在此次 年会上宣称，麦库珀的研究成果 表明，两个氘原子在室温下聚合 成一个氦原子并非没有可能。 麦库珀还发现一个似乎矛盾 的现象，钯电极吸附的氘原子数 量会激发能量的释放过程。只要 钯电极上吸附的氘原子数目大于 或者等于钯原子的数量，就会出 现能量净输出。钯吸附较少的氘 无法得到稳定的能量输出；如果 氘的数量大大小于钯，将不会有 能量净输出。氘吸附的程度难于 控制且与钯金属的强度有关。然 而，目前钯的强度难于预测或者 进行有效地控制，而且提高钯的 纯度并无帮助； 事实上， 高纯度的 钯 在 较低 的 吸 附 量就 开 始 断 裂 ， 而纯度较差的一批钯电极却强度
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关于 ! 子催化冷聚变研究
早在 #()* 年， 中国物理学者 张文裕利用多层薄膜的云雾室研 究宇宙射线与物质相互作用时发 现，在 ! 粒子低速穿透物质时， 受到原子核的正电吸引，被俘获 后，代替电子绕核旋转，形成 ! 子原子。 正是这一发现， 导致了关 于 ! 子催化冷聚变的设想。一些 著名物理学家，例如英国的夫兰 克（ +, -, +./01 ） 和前苏联的萨哈 罗夫（ 2/13/.4.，506.78 9:;<.;87= >;?3 ） 曾预言，在生成 ! 子原子 时， ! 子还可能催化引起核聚变 反应， 而无需用高温等离子体。 他 们认为，把 ! 子注入氘气，所形 成的 ! 子氘原子在与氘核接近 时， 由于前者电中性， 不受核库仑 “! 子 斥力， 因而可能进一步形成 分子态离子 ” 。在通常的氘气中， 两个氘核平均距离为 ", !) ，发生 氘 @ 氘聚变反应的速率极小，但 “! 子分子态离子 ” 中， 由于 是在 ! 子质量是电子的 A#A 倍，两个 氘核结合要紧密得多，平均距离 将相应减小为原来的二百分之 一，这就使聚变反应速率提高了 *" 个数量级，因而有可能实现冷 聚变，这就是 ! 子催化核聚变的 思想。 ! 子催化核聚变的发现，曾 一度燃起人们的希望，但美国普 林斯顿大学杰克逊研究的结果却 给人们泼了一盆冷水。 #($! 年， 杰克逊作出估算， ! 子的寿命为 A, A B #" @ C D，它一 生中 只能 催化 #"" 次核聚变，获得的总能量输 但是若用加速 出最多只有 AE7F， 器束流来输入能量，每产生一个 ! 子，得需要 #"E7F 的能量。这 表明， 输入要大于输出。 如果再计 入核聚变释放的核能转换电能使 用的其它能量损失，输出的有效 能量就会更小，显然用 ! 子催化 核聚变方式，解决人类能源匮乏 的问题还有许多问题有待解决。