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冷核聚變

人氣：3768次發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(tài)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(fā)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(fā)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(fā)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?！袄浜司圩儭钡膯栴}既有系統(tǒng)性的，也有技術性的，其中系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)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?！盜BM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(fā)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(fā)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?！?/span>

雖然主流科學界對冷核聚變持否定態(tài)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(xù)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(yǎng)了一群弟子，繼續(xù)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(xù)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(xié)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(yè)核電力和簡單原子彈的能源。聚變過程是兩個氫原子核發(fā)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(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(fā)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(fā)生聚變。因為這種聚變將會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跡象：一是，發(fā)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(huán)境下使鎳和氫發(fā)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(xù)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(tǒng)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?！崩渚圩兊南敕?0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(tài)度?？茖W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?！钡悄茉葱聶C構純能源系統(tǒng)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(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足以使該裝置自行運轉下去。”

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