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冷核聚變

人氣：3726次發表時間：2013-01-04

核聚變

冷核聚變是指：在相對低溫（甚至常溫）下進行的核聚變反應，這種情況是針對自然界已知存在的熱核聚變（恒星內部熱核反應）而提出的一種概念性‘假設’，這種設想將極大的降低反應要求，可以使用更普通而且簡單的設備，同時也使聚核反應更安全。

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定義

冷核聚變是指在接近常溫常壓和相對簡單的設備條件下發生核聚變反應。核聚變反應中，多個氫原子核被強行聚合形成一個重原子核，并伴隨能量釋放，也稱為低能量核反應（low energy nuclear reactions, LENR）。

冷核聚變假說廣受關注

簡單設備相對低溫實現更安全核聚變

冷核聚變是指在相對低溫（甚至常溫）下進行的核聚變反應，這種情況是針對自然界已知存在的熱核聚變（恒星內部熱核反應）而提出的一種概念性‘假設’，這種設想將極大的降低反應要求，可以使用更普通而且簡單的設備，同時也使聚核反應更安全。

科學家們積極研究，已經提出一些利用高溫聚變所產生的能量的方案，但是，由于達到必要的高溫十分困難，更由于那樣的高溫難于維持，這樣的目標至今未能實現。然而，受控聚變動力的這一前景，卻一直吸引著關注世界能源需求的許許多多的科學家和工程師。

既然極端的高溫是產生聚變能的障礙，人們自然要探索其他或許能導致聚變的途徑。是否存在著不依賴于像太陽中心那樣的條件也能使原子核發生聚變的其他過程？幾十年過去了，人們對這個問題有過大量的探索，但一直沒有結果。

弗萊西曼-龐斯實驗

有關冷核聚變最著名的事件是1989年的弗萊西曼-龐斯實驗，由于這個當時引起轟動的實驗沒能夠重現，20年來一直被視作科學研究的反面典型之一。

1989年3月23日，美國猶他大學的彭斯和英國南安普敦大學的弗萊西曼舉行新聞發布會，宣稱在實驗室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實現了常溫常壓下的“冷核聚變”。但是，世界各地1000多個實驗室始終沒有人成功地重復出彭斯和弗萊什曼的實驗結果，最終否定了這一成果。他們倆的故事也就成了科學界幾乎人人皆知的反面教材。這個科學史上的丑聞是科學發展過程中操之過急以及過度炒作的典型例證。

不過，根據Physicsworld報道，上周日本知名科學家，大阪大學名譽教授Yoshiaki Arata在媒體前公開展示了他最新的研究成果，在常溫條件下將氘氣變成氦。

將氘氣壓入鈀鋯氧化物（ZrO2-Pd）后，反應容器的溫度上升到70攝氏度，并且長期處于遠高于室溫的狀態達50個小時。據稱這些熱量便是來自冷核聚變反應。

目前，全世界許多科學家已經開始密切關注此次實驗，稍后會有更詳細的報道。

研究過程

曾被打入冷宮

弗萊西曼-龐斯實驗中的兩位化學家的發現激起了全世界無數科學家的興趣，紛紛開始在實驗室里重復這項實驗。然而，實驗的結果非常令人沮喪，沒有一個科學家能夠再次觀察到室溫條件下核聚變的發生。人們開始失望，并逐漸轉化為對這兩位化學家誠信的懷疑。在弗萊希曼博士和龐斯博士的實驗完成半年之后，美國能源部根據許多失敗的實驗寫了一份報告，正式否定了這項轟動一時的科學發現，結論為兩位科學家測量錯誤和為獲取研究資金的不恰當動機。

許多科學家雖然也批評弗萊希曼博士和龐斯博士數據記錄不完備，沒有事先向同事征求足夠的意見。但多數人認為，實驗的缺憾不應抹殺這一研究的重要意義。“冷核聚變”的問題既有系統性的，也有技術性的，其中系統層面包括研究機構和媒體的認識不足，研究資金支撐不夠等。技術層面包括沒有合適的測量儀器，缺乏對材料的系統分析和完整的實驗記錄，以及苛刻的重復實驗條件等。時隔15年，一些以前不具備的條件現在已經逐漸得以完善，因此，一些科學家認為，現在到了對“冷核聚變”進行重新評估的時候了。

美國著名科技評論家羅伯特·派克一直批評能源部草率否定“冷核聚變”，稱“冷核聚變”雖然有不少“信徒”，但事實一直沒有弄清。這些年科學家不斷撰文，呼吁政府重新進行評估，克林頓政府時期的能源部科學辦公室主任米德蘭德·苔絲豪斯也支持對“冷核聚變”開展重新評估，認為“科學研究應該是開放的”。能源部現已同意最遲在2005年初完成這項全面的評估，給“冷核聚變”一個比較客觀的定性。

否定肯定并存爭議不斷

主流科學家否定但探索并未終止

盡管1989年宣稱實現冷核聚變的龐德已放棄美國國籍、移民到法國，而弗里施曼也已退休。但目前大多數主流科學家仍對冷核聚變持否定態度。普林斯頓大學教授哈波說：“這些人（研究冷核聚變的人）是不夠格的笨蛋。”IBM公司沃森研究中心退休核物理學家加爾文，曾任能源部首次調查小組成員。他討厭冷核聚變，他訪問過很多從事冷核聚變的實驗室，發現一些做實驗的人犯了很多基本的錯誤。1993年，他訪問了麥庫伯里實驗室后，并未發現麥庫伯里的實驗有什么重大的過錯，僅看到諸如設備假信號、簡單的測量誤差等可能的問題。加爾文還說，他對調查哈基爾斯坦的理論不感興趣。他說：“聰明的理論可以解釋任何事情，甚至能解釋錯誤。”

美國物理學會公關部主任帕克也說：“我不去參加有關冷核聚變的會議，以及閱讀冷核聚變的文獻。因為這純粹是浪費時間。”

雖然主流科學界對冷核聚變持否定態度，但是也有許多科學家并未就此罷休，15年來，不斷有人繼續探索“冷核聚變”的可能性。美國麻省理工學院的彼得·哈格斯坦教授一直在進行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學的約翰·達西教授不僅自己相信“冷核聚變”存在，還培養了一群弟子，繼續這項研究；意大利的奧古斯都－蒙梯大學在重復“冷核聚變”實驗中還取得了不小進展；德國、日本、以色列等國的科學家也在繼續這項實驗，他們甚至聯合起來，成立了一個“國際冷聚變科學協會（ICCF）”，每隔一年半組織一次學術研討會。

研究背景

核能可以通過兩種不同的過程釋放出來，即裂變和聚變。裂變是使原子核分裂，它就是商業核電力和簡單原子彈的能源。聚變過程是兩個氫原子核發生碰撞，從而聚合在一起。因為原子核具有電荷相互排斥，所以要得到聚變反應是極端困難的。只有在超常的高溫下，原子核才會發生聚變。在太陽的中心和在氫彈中，發生的就是聚變。在氫彈中，是利用簡單的裂變原子彈產生的大量熱能來使氫原子核聚合。科學家們積極研究，已經提出一些利用高溫聚變所產生的能量的方案，但是，由于達到必要的高溫十分困難，更由于那樣的高溫難于維持，這樣的目標至今未能實現。然而，受控聚變動力的這一前景，卻一直吸引著關注我們世界能源需求的許許多多的科學家和工程師。

早先有關裂變的研究一直集中在需要極高溫度的方法。大約在1984年，有兩位電化學家開始關注起在低溫下產生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國皇家學會的成員和南安普敦大學的電化學研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國猶他大學的化學教授。他們設想，如果強行把兩個氘（氫元素的一個變種）原子核擠進一個容不下兩個原子核的小空間，這兩個氘原子核就有可能發生聚合。金屬鈀的分子結構便提供了適合這種要求的小空間。

為了把氘核擠入鈀金屬的晶格中，他們制作了一個電解槽，電解槽里的重水中有所需要的氘原子，而電解槽的陰極是用鈀制成的。他們的假說是：電流從陽極向陰極的運動會迫使氘原子核從重水移入鈀的晶格，從而在那里發生聚變。因為這種聚變將會是在接近室溫的條件下發生，比起在極高溫度下發生的聚變，它是“冷的”。而查明聚變發生的主要線索是兩個跡象：一是，發生聚變應產生的輻射，這可以通過測量放射性粒子即中子的數量來加以確定；另一個是，電解槽所產生的能量應當肯定大于提供給電解槽的電能，這可以通過測量溫度來加以確定。

最新進展

意大利科學家稱已成功實現冷聚變生產核能

2011年11月8日消息，意大利物理學家安德烈-羅西稱，他已經設法成功實現“冷聚變”，這一過程能在不產生有害輻射物的情況下，生產出大量安全核能，它有望解決全球能源危機問題。

羅西表示，他的新機器能在室溫環境下使鎳和氫發生聚變，產生近乎無窮無盡的能量。但是目前存在的一個問題是，很多科學家認為它有違物理學原理。過去的幾項“冷聚變”試驗均被證實是個騙局，迄今為止仍沒有人能夠充分解釋清楚冷聚變的工作原理，以及它為什么會產生作用。美國能源部專利辦公室表示，這一過程根本不可能實現，因為物理學排除了室溫核聚變的可能性。但是羅西稱，他的E-Cat機器能夠實現冷聚變，并稱上個月他在博洛尼亞大學的試驗中已經證實它能產生作用。

他說：“通過較低能量，可以給加熱器注入一定數量的能量，并從同一臺加熱器中獲得更多能量。最初的能量是由電阻產生的。然后反應堆在接下來的3到4小時內不需輸入最初的電能，就能再生產479千萬時能量，這種低水平的核反應會自動繼續下去。我們通過消費者進行的測試，其目的是看一看該過程是否能正常產生作用，以及產出能量是否會超過供應給該系統的能量。我們不想多說什么，只想制定合理的計劃，讓事實證明一切，消除人們的疑慮。”冷聚變的想法20世紀20年代由奧地利科學家弗里德里希-帕內特和庫爾特-彼得斯提出。

盡管有一些人稱他們已經實現了冷聚變，但是大多數物理學家對此持否定態度。科學家表示，羅西在聲稱他已經成功實現冷聚變前，應該能讓他實驗室以外的其他實驗室可以復制這項試驗，并對其進行分析。能源顧問喬納森-庫米說：“在獨立科學家能夠復制這些試驗結果前，(E-Cat試驗)應該被視為一個騙局。”但是能源新機構純能源系統的CEO斯特林-艾倫稱，他參加了羅西的試驗演示工作，E-Cat確實能夠自我持續下去。他說：“羅西演示了470千瓦能量以自我持續的方式連續輸出的過程，這意味著能量輸出確實足以使該裝置自行運轉下去。”