声致发光

从声致发光看“常温核聚变”

核聚变一定联系着高温等离子体吗？

２００２年３月８日“科学”发表了声致发光的最新成果[1]。它引发了一系列科学的争论。因为在氘代丙酮中发现了氚和中子辐射。在多数人心目中，氘的核聚变必然与高温等离子体相联系。因此，总想找到一种模型来计算声致发光中产生高温的机理。可是，认真的计算却得不到相应的高温，甚至越算越低。从最初的100万度，变成了几万度，甚至不到1万度。何况，这还是假定了完全球对称的压缩。中国科学院声学研究所早在六十年代的实验[2]却显示，即使声波在水中形成了非球形的空泡，照样能看到声致发光，甚至比现在球对称的单泡声致发光还要亮。人们不禁要问：难道声致发光真是由声波压缩所造成的高温而引起的吗？难道声致发光中的核产

物必定是由高温等离子体所带来的吗？

核聚变中核物理─选择性共振隧穿模型

太阳上的核聚变和氢弹中的核聚变使人们产生了一个错觉：以为核聚变一定要在高温下进行，以为是高温等离子体中的动能克服了静电斥力的位能才导致两个带正电的原子核的融合（聚变）。其实，氘－氚之间的静电（库仑）位垒高达200keV以上，而1亿度高温等离子体中的动能也不过是

10keV。真正造成聚变反应大量发生的原因是“共振”，而不是“高温”。当氘－氚之间相对运动的动能接近於发生“共振”所必须的能量时，“共振”机制就会使聚变反应大量发生。为什麽“共振”有这麽大的威力呢？其实，我们

的收音机就正是靠“共振”的威力来接收微弱信号的。当远地电台的电磁波与收音机中调谐回路发生共振时，电磁波的信号就会越振越强，就好像荡秋千的小孩会越荡越高一样。只要小孩使劲得当，哪怕每次只使上一点儿劲，秋千就一定会越荡越高。同样道理“共振”机制也会使聚变反应大量发生，这是因为“共振”机制会使氘核的波在氚核内越振越强，从而使氘－氚聚变反应大量发生。哪怕静电（库仑）位垒挡住了大部分氘波，靠着“共振”机制，氘波还会越振越强。

这样一种“共振”机制已被多数科学家接受，并以为只要选对了能量，“共振”机制就会起作用。往往被忽视的却是“阻尼”在“共振”中的作用。通常以为“共振”只会选择频率，而“阻尼”是越小越好。其实，这又是一种错觉。当我们在调谐收音机时，的确是在调频率，不同的频率对应于不同的电台。“阻尼”是不用调的。人们总以为“阻尼”大了，不利于“共振”；却没有想到“阻尼”小了，反而不利于观察“共振”。设想一下，如果“阻尼”真的完全为零，虽然“共振”可以达到最佳，却是根本听不到播音。因为要想听到“共振”，就必须从“共振”中提取能量（信号）。这种提取本身就是一种“阻尼”。同样的道理，氘核波函数在氚核内发生聚变时，氘核的波就消失了，这就是“阻尼”。如果“阻尼”完全为零，这就意味着氘－氚永远不会聚变，那么，即使“共振”可以达到最佳，我们却观察不到一点聚变的产物。因此，可以猜测：必定存在一个不大不小的最佳“阻尼”，使观察到的“共振”效应最强（聚变反应产物最多）。换言之，“共振”不仅会选出一定的频率，还会选出一定的“阻尼”。也就是说“共振”引发的聚变反应还会选出一定的聚变反应率。聚变反应率太大或太小都不行。

正是这样一种“共振”的选择性决定了：常温核聚变中不会有中子和伽马辐射！因为产生中子和伽马辐射的反应道属于强相互作用和电磁相互作用，这些相互作用都比较快，也就是说属于比较强的“阻尼”。强阻尼会削弱共振的效应。常温下入射氘核的能量很低，氘核遇到的库仑位垒又高又厚，氘波透过库仑位垒后变得很微弱。要想靠“共振”来增强氘波，就必须让氘核在有足够时间来回振荡。就像小孩荡秋千一样，小孩的力量越微弱，就必须有更多一点时间来回蹬秋千。“阻尼”太强，氘波过快消失，就振荡不起来，就看不到聚变反应。所以常温核聚变中不应该看到中子和伽马辐射，而应该看到比较慢的相互作用（如b衰变或k俘获等弱相互作用）。

选择性共振隧穿模型的第一次检验——滞后发热和三氘反应

选“阻尼”这一想法，固然能说明“常温核聚变”中总也测不到中子这一已有的实验结果。但是，能不能预测一些实验结果呢？

设想一下，如果一个氘核在穿透库仑位垒后能够与另一个氘核生成一个长寿命的复合态，那时，如果再有一个氘核入射，就会看到三个氘核聚变的产物。由于两个氘的复合态寿命的长短直接决定了三氘反应的产额，而两氘复合态的寿命又能从“常温核聚变”的其他实验中测定。这样，就有可能从实验上来检验选择性共振隧穿模型。

早在1993年Pons 和Fleischmann就公开了一个重要的实验结果，他们称之为“滞后发热”（Heat after Death）[3]。在他们电解重水的实验中，曾经观察到电解液因沸腾而蒸干，这时，电解电流为零，完全没有电功率输入，可是电解池却继续维持在摄氏100度，时间可长达三小时之久。估

算表明：即使钯阴极内已吸入的氘气完全燃烧所放出的化学热，至多也只能维持几分钟。因此，可以认为在钯阴极内存在着一种长寿命的核反应态，此态的寿命就是三小时左右。假如，在电解重水的实验中，确实在钯阴极内发生了“共振隧穿”，并生成了氘－氘复合态，那么由“共振隧穿”所选择的“阻尼”就决定了氘－氘复合态的寿命是三小时左右。

凑巧的是日本大阪大学的Takahashi教授在实验中确实观察到了三氘核反应的产物：等量的氚和氦－3（能量都是4.75MeV）[4]。他用钛吸入了大量的氘作为靶，再用150keV的氘束去轰击，主要的产物当然还是氘－氘二体反应的产物(中子，质子，氚（1.01MeV）和氦－3（0.82MeV）)。然而，偶尔也会有三体核反应的产物，但是，这种机会是微乎其微，大概每10^30对氘－氘二体反应才会有一次机会发生三体核反应。这是因为通常两个氘核在一起，经过10^-21秒就会发生核反应，寿命非常短，几乎没有机会看到第三个飞来的氘核。可是大阪大学的实验中将钛靶冷却以防止氘束轰击发热，这时却发现大约每10^5 对氘－氘二体反应就会有一次三体核反应，这相当于两个氘核在一起的寿命要长得多，才有机会产生这麽多的三体反应（长了约10^25倍，因为10^30/10^5=10^25）。因此，相应的寿命为10^4秒(10^25*10^-21秒=10^4秒)，这正好与“滞后发热”所要求的氘－氘复合态的寿命(3小时)一致。

选择性共振隧穿模型的又一次检验—氘－氚热核聚变截面

从共振隧穿的观点来看，常温聚变与热核聚变都有赖于共振隧穿。差别只在于入射能量的高低。入射能量低，对应的库仑位垒高，共振隧穿选出的