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冷核聚變

人氣：3762次發(fā)表時(shí)間：2013-01-04

核聚變

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

定義弗萊西曼-龐斯實(shí)驗(yàn)研究過程研究背景最新進(jìn)展展開定義弗萊西曼-龐斯實(shí)驗(yàn)研究過程研究背景最新進(jìn)展展開

定義

冷核聚變是指在接近常溫常壓和相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備條件下發(fā)生核聚變反應(yīng)。核聚變反應(yīng)中，多個(gè)氫原子核被強(qiáng)行聚合形成一個(gè)重原子核，并伴隨能量釋放，也稱為低能量核反應(yīng)（low energy nuclear reactions, LENR）。

冷核聚變假說廣受關(guān)注

簡(jiǎn)單設(shè)備相對(duì)低溫實(shí)現(xiàn)更安全核聚變

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

科學(xué)家們積極研究，已經(jīng)提出一些利用高溫聚變所產(chǎn)生的能量的方案，但是，由于達(dá)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(biāo)至今未能實(shí)現(xiàn)。然而，受控聚變動(dòng)力的這一前景，卻一直吸引著關(guān)注世界能源需求的許許多多的科學(xué)家和工程師。

既然極端的高溫是產(chǎn)生聚變能的障礙，人們自然要探索其他或許能導(dǎo)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(fā)生聚變的其他過程？幾十年過去了，人們對(duì)這個(gè)問題有過大量的探索，但一直沒有結(jié)果。

弗萊西曼-龐斯實(shí)驗(yàn)

有關(guān)冷核聚變最著名的事件是1989年的弗萊西曼-龐斯實(shí)驗(yàn)，由于這個(gè)當(dāng)時(shí)引起轟動(dòng)的實(shí)驗(yàn)沒能夠重現(xiàn)，20年來一直被視作科學(xué)研究的反面典型之一。

1989年3月23日，美國(guó)猶他大學(xué)的彭斯和英國(guó)南安普敦大學(xué)的弗萊西曼舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣稱在實(shí)驗(yàn)室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下的“冷核聚變”。但是，世界各地1000多個(gè)實(shí)驗(yàn)室始終沒有人成功地重復(fù)出彭斯和弗萊什曼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終否定了這一成果。他們倆的故事也就成了科學(xué)界幾乎人人皆知的反面教材。這個(gè)科學(xué)史上的丑聞是科學(xué)發(fā)展過程中操之過急以及過度炒作的典型例證。

不過，根據(jù)Physicsworld報(bào)道，上周日本知名科學(xué)家，大阪大學(xué)名譽(yù)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(yīng)容器的溫度上升到70攝氏度，并且長(zhǎng)期處于遠(yuǎn)高于室溫的狀態(tài)達(dá)50個(gè)小時(shí)。據(jù)稱這些熱量便是來自冷核聚變反應(yīng)。

目前，全世界許多科學(xué)家已經(jīng)開始密切關(guān)注此次實(shí)驗(yàn)，稍后會(huì)有更詳細(xì)的報(bào)道。

研究過程

曾被打入冷宮

弗萊西曼-龐斯實(shí)驗(yàn)中的兩位化學(xué)家的發(fā)現(xiàn)激起了全世界無數(shù)科學(xué)家的興趣，紛紛開始在實(shí)驗(yàn)室里重復(fù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。然而，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常令人沮喪，沒有一個(gè)科學(xué)家能夠再次觀察到室溫條件下核聚變的發(fā)生。人們開始失望，并逐漸轉(zhuǎn)化為對(duì)這兩位化學(xué)家誠(chéng)信的懷疑。在弗萊希曼博士和龐斯博士的實(shí)驗(yàn)完成半年之后，美國(guó)能源部根據(jù)許多失敗的實(shí)驗(yàn)寫了一份報(bào)告，正式否定了這項(xiàng)轟動(dòng)一時(shí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，結(jié)論為兩位科學(xué)家測(cè)量錯(cuò)誤和為獲取研究資金的不恰當(dāng)動(dòng)機(jī)。

許多科學(xué)家雖然也批評(píng)弗萊希曼博士和龐斯博士數(shù)據(jù)記錄不完備，沒有事先向同事征求足夠的意見。但多數(shù)人認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)的缺憾不應(yīng)抹殺這一研究的重要意義?！袄浜司圩儭钡膯栴}既有系統(tǒng)性的，也有技術(shù)性的，其中系統(tǒng)層面包括研究機(jī)構(gòu)和媒體的認(rèn)識(shí)不足，研究資金支撐不夠等。技術(shù)層面包括沒有合適的測(cè)量?jī)x器，缺乏對(duì)材料的系統(tǒng)分析和完整的實(shí)驗(yàn)記錄，以及苛刻的重復(fù)實(shí)驗(yàn)條件等。時(shí)隔15年，一些以前不具備的條件現(xiàn)在已經(jīng)逐漸得以完善，因此，一些科學(xué)家認(rèn)為，現(xiàn)在到了對(duì)“冷核聚變”進(jìn)行重新評(píng)估的時(shí)候了。

美國(guó)著名科技評(píng)論家羅伯特·派克一直批評(píng)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(shí)一直沒有弄清。這些年科學(xué)家不斷撰文，呼吁政府重新進(jìn)行評(píng)估，克林頓政府時(shí)期的能源部科學(xué)辦公室主任米德蘭德·苔絲豪斯也支持對(duì)“冷核聚變”開展重新評(píng)估，認(rèn)為“科學(xué)研究應(yīng)該是開放的”。能源部現(xiàn)已同意最遲在2005年初完成這項(xiàng)全面的評(píng)估，給“冷核聚變”一個(gè)比較客觀的定性。

否定肯定并存爭(zhēng)議不斷

主流科學(xué)家否定但探索并未終止

盡管1989年宣稱實(shí)現(xiàn)冷核聚變的龐德已放棄美國(guó)國(guó)籍、移民到法國(guó)，而弗里施曼也已退休。但目前大多數(shù)主流科學(xué)家仍對(duì)冷核聚變持否定態(tài)度。普林斯頓大學(xué)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(xué)家加爾文，曾任能源部首次調(diào)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(shí)驗(yàn)室，發(fā)現(xiàn)一些做實(shí)驗(yàn)的人犯了很多基本的錯(cuò)誤。1993年，他訪問了麥庫(kù)伯里實(shí)驗(yàn)室后，并未發(fā)現(xiàn)麥庫(kù)伯里的實(shí)驗(yàn)有什么重大的過錯(cuò)，僅看到諸如設(shè)備假信號(hào)、簡(jiǎn)單的測(cè)量誤差等可能的問題。加爾文還說，他對(duì)調(diào)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(cuò)誤?！?/span>

美國(guó)物理學(xué)會(huì)公關(guān)部主任帕克也說：“我不去參加有關(guān)冷核聚變的會(huì)議，以及閱讀冷核聚變的文獻(xiàn)。因?yàn)檫@純粹是浪費(fèi)時(shí)間?！?/span>

雖然主流科學(xué)界對(duì)冷核聚變持否定態(tài)度，但是也有許多科學(xué)家并未就此罷休，15年來，不斷有人繼續(xù)探索“冷核聚變”的可能性。美國(guó)麻省理工學(xué)院的彼得·哈格斯坦教授一直在進(jìn)行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學(xué)的約翰·達(dá)西教授不僅自己相信“冷核聚變”存在，還培養(yǎng)了一群弟子，繼續(xù)這項(xiàng)研究；意大利的奧古斯都－蒙梯大學(xué)在重復(fù)“冷核聚變”實(shí)驗(yàn)中還取得了不小進(jìn)展；德國(guó)、日本、以色列等國(guó)的科學(xué)家也在繼續(xù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們甚至聯(lián)合起來，成立了一個(gè)“國(guó)際冷聚變科學(xué)協(xié)會(huì)（ICCF）”，每隔一年半組織一次學(xué)術(shù)研討會(huì)。

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(yè)核電力和簡(jiǎn)單原子彈的能源。聚變過程是兩個(gè)氫原子核發(fā)生碰撞，從而聚合在一起。因?yàn)樵雍司哂须姾上嗷ヅ懦?，所以要得到聚變反?yīng)是極端困難的。只有在超常的高溫下，原子核才會(huì)發(fā)生聚變。在太陽的中心和在氫彈中，發(fā)生的就是聚變。在氫彈中，是利用簡(jiǎn)單的裂變?cè)訌棶a(chǎn)生的大量熱能來使氫原子核聚合?？茖W(xué)家們積極研究，已經(jīng)提出一些利用高溫聚變所產(chǎn)生的能量的方案，但是，由于達(dá)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(biāo)至今未能實(shí)現(xiàn)。然而，受控聚變動(dòng)力的這一前景，卻一直吸引著關(guān)注我們世界能源需求的許許多多的科學(xué)家和工程師。

早先有關(guān)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(xué)家開始關(guān)注起在低溫下產(chǎn)生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的成員和南安普敦大學(xué)的電化學(xué)研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國(guó)猶他大學(xué)的化學(xué)教授。他們?cè)O(shè)想，如果強(qiáng)行把兩個(gè)氘（氫元素的一個(gè)變種）原子核擠進(jìn)一個(gè)容不下兩個(gè)原子核的小空間，這兩個(gè)氘原子核就有可能發(fā)生聚合。金屬鈀的分子結(jié)構(gòu)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(gè)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(yùn)動(dòng)會(huì)迫使氘原子核從重水移入鈀的晶格，從而在那里發(fā)生聚變。因?yàn)檫@種聚變將會(huì)是在接近室溫的條件下發(fā)生，比起在極高溫度下發(fā)生的聚變，它是“冷的”。而查明聚變發(fā)生的主要線索是兩個(gè)跡象：一是，發(fā)生聚變應(yīng)產(chǎn)生的輻射，這可以通過測(cè)量放射性粒子即中子的數(shù)量來加以確定；另一個(gè)是，電解槽所產(chǎn)生的能量應(yīng)當(dāng)肯定大于提供給電解槽的電能，這可以通過測(cè)量溫度來加以確定。

最新進(jìn)展

意大利科學(xué)家稱已成功實(shí)現(xiàn)冷聚變生產(chǎn)核能

2011年11月8日消息，意大利物理學(xué)家安德烈-羅西稱，他已經(jīng)設(shè)法成功實(shí)現(xiàn)“冷聚變”，這一過程能在不產(chǎn)生有害輻射物的情況下，生產(chǎn)出大量安全核能，它有望解決全球能源危機(jī)問題。

羅西表示，他的新機(jī)器能在室溫環(huán)境下使鎳和氫發(fā)生聚變，產(chǎn)生近乎無窮無盡的能量。但是目前存在的一個(gè)問題是，很多科學(xué)家認(rèn)為它有違物理學(xué)原理。過去的幾項(xiàng)“冷聚變”試驗(yàn)均被證實(shí)是個(gè)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(huì)產(chǎn)生作用。美國(guó)能源部專利辦公室表示，這一過程根本不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槲锢韺W(xué)排除了室溫核聚變的可能性。但是羅西稱，他的E-Cat機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)冷聚變，并稱上個(gè)月他在博洛尼亞大學(xué)的試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)它能產(chǎn)生作用。

他說：“通過較低能量，可以給加熱器注入一定數(shù)量的能量，并從同一臺(tái)加熱器中獲得更多能量。最初的能量是由電阻產(chǎn)生的。然后反應(yīng)堆在接下來的3到4小時(shí)內(nèi)不需輸入最初的電能，就能再生產(chǎn)479千萬時(shí)能量，這種低水平的核反應(yīng)會(huì)自動(dòng)繼續(xù)下去。我們通過消費(fèi)者進(jìn)行的測(cè)試，其目的是看一看該過程是否能正常產(chǎn)生作用，以及產(chǎn)出能量是否會(huì)超過供應(yīng)給該系統(tǒng)的能量。我們不想多說什么，只想制定合理的計(jì)劃，讓事實(shí)證明一切，消除人們的疑慮。”冷聚變的想法20世紀(jì)20年代由奧地利科學(xué)家弗里德里希-帕內(nèi)特和庫(kù)爾特-彼得斯提出。

盡管有一些人稱他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了冷聚變，但是大多數(shù)物理學(xué)家對(duì)此持否定態(tài)度?？茖W(xué)家表示，羅西在聲稱他已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)冷聚變前，應(yīng)該能讓他實(shí)驗(yàn)室以外的其他實(shí)驗(yàn)室可以復(fù)制這項(xiàng)試驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行分析。能源顧問喬納森-庫(kù)米說：“在獨(dú)立科學(xué)家能夠復(fù)制這些試驗(yàn)結(jié)果前，(E-Cat試驗(yàn))應(yīng)該被視為一個(gè)騙局?！钡悄茉葱聶C(jī)構(gòu)純能源系統(tǒng)的CEO斯特林-艾倫稱，他參加了羅西的試驗(yàn)演示工作，E-Cat確實(shí)能夠自我持續(xù)下去。他說：“羅西演示了470千瓦能量以自我持續(xù)的方式連續(xù)輸出的過程，這意味著能量輸出確實(shí)足以使該裝置自行運(yùn)轉(zhuǎn)下去?！?/span>

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