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冷核聚變

人氣：3643次發(fā)表時(shí)間：2013-01-04
核聚變

冷核聚變是指：在相對低溫（甚至常溫）下進(jìn)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(jiǎn)單的設備，同時(shí)也使聚核反應更安全。

目錄

定義弗萊西曼-龐斯實(shí)驗研究過(guò)程研究背景最新進(jìn)展展開(kāi)定義弗萊西曼-龐斯實(shí)驗研究過(guò)程研究背景最新進(jìn)展展開(kāi)

定義

冷核聚變是指在接近常溫常壓和相對簡(jiǎn)單的設備條件下發(fā)生核聚變反應。核聚變反應中，多個(gè)氫原子核被強行聚合形成一個(gè)重原子核，并伴隨能量釋放，也稱(chēng)為低能量核反應（low energy nuclear reactions, LENR）。
冷核聚變假說(shuō)廣受關(guān)注
簡(jiǎn)單設備相對低溫實(shí)現更安全核聚變
冷核聚變是指在相對低溫（甚至常溫）下進(jìn)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(jiǎn)單的設備，同時(shí)也使聚核反應更安全。
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(shí)現。然而，受控聚變動(dòng)力的這一前景，卻一直吸引著(zhù)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致聚變的途徑。是否存在著(zhù)不依賴(lài)于像太陽(yáng)中心那樣的條件也能使原子核發(fā)生聚變的其他過(guò)程？幾十年過(guò)去了，人們對這個(gè)問(wèn)題有過(guò)大量的探索，但一直沒(méi)有結果。

弗萊西曼-龐斯實(shí)驗

有關(guān)冷核聚變最著(zhù)名的事件是1989年的弗萊西曼-龐斯實(shí)驗，由于這個(gè)當時(shí)引起轟動(dòng)的實(shí)驗沒(méi)能夠重現，20年來(lái)一直被視作科學(xué)研究的反面典型之一。
1989年3月23日，美國猶他大學(xué)的彭斯和英國南安普敦大學(xué)的弗萊西曼舉行新聞發(fā)布會(huì )，宣稱(chēng)在實(shí)驗室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實(shí)現了常溫常壓下的“冷核聚變”。但是，世界各地1000多個(gè)實(shí)驗室始終沒(méi)有人成功地重復出彭斯和弗萊什曼的實(shí)驗結果，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(guò)程中操之過(guò)急以及過(guò)度炒作的典型例證。
不過(guò)，根據Physicsworld報道，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(kāi)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(cháng)期處于遠高于室溫的狀態(tài)達50個(gè)小時(shí)。據稱(chēng)這些熱量便是來(lái)自冷核聚變反應。
目前，全世界許多科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始密切關(guān)注此次實(shí)驗，稍后會(huì )有更詳細的報道。

研究過(guò)程

曾被打入冷宮

弗萊西曼-龐斯實(shí)驗中的兩位化學(xué)家的發(fā)現激起了全世界無(wú)數科學(xué)家的興趣，紛紛開(kāi)始在實(shí)驗室里重復這項實(shí)驗。然而，實(shí)驗的結果非常令人沮喪，沒(méi)有一個(gè)科學(xué)家能夠再次觀(guān)察到室溫條件下核聚變的發(fā)生。人們開(kāi)始失望，并逐漸轉化為對這兩位化學(xué)家誠信的懷疑。在弗萊希曼博士和龐斯博士的實(shí)驗完成半年之后，美國能源部根據許多失敗的實(shí)驗寫(xiě)了一份報告，正式否定了這項轟動(dòng)一時(shí)的科學(xué)發(fā)現，結論為兩位科學(xué)家測量錯誤和為獲取研究資金的不恰當動(dòng)機。
許多科學(xué)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(méi)有事先向同事征求足夠的意見(jiàn)。但多數人認為，實(shí)驗的缺憾不應抹殺這一研究的重要意義?！袄浜司圩儭钡膯?wèn)題既有系統性的，也有技術(shù)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(shù)層面包括沒(méi)有合適的測量?jì)x器，缺乏對材料的系統分析和完整的實(shí)驗記錄，以及苛刻的重復實(shí)驗條件等。時(shí)隔15年，一些以前不具備的條件現在已經(jīng)逐漸得以完善，因此，一些科學(xué)家認為，現在到了對“冷核聚變”進(jìn)行重新評估的時(shí)候了。
美國著(zhù)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(chēng)“冷核聚變”雖然有不少“信徒”，但事實(shí)一直沒(méi)有弄清。這些年科學(xué)家不斷撰文，呼吁政府重新進(jìn)行評估，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“冷核聚變”開(kāi)展重新評估，認為“科學(xué)研究應該是開(kāi)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(gè)比較客觀(guān)的定性。

否定肯定并存爭議不斷

主流科學(xué)家否定但探索并未終止
盡管1989年宣稱(chēng)實(shí)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(xué)家仍對冷核聚變持否定態(tài)度。普林斯頓大學(xué)教授哈波說(shuō)：“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(xué)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(fǎng)問(wèn)過(guò)很多從事冷核聚變的實(shí)驗室，發(fā)現一些做實(shí)驗的人犯了很多基本的錯誤。1993年，他訪(fǎng)問(wèn)了麥庫伯里實(shí)驗室后，并未發(fā)現麥庫伯里的實(shí)驗有什么重大的過(guò)錯，僅看到諸如設備假信號、簡(jiǎn)單的測量誤差等可能的問(wèn)題。加爾文還說(shuō)，他對調查哈基爾斯坦的理論不感興趣。他說(shuō)：“聰明的理論可以解釋任何事情，甚至能解釋錯誤?！?/span>
美國物理學(xué)會(huì )公關(guān)部主任帕克也說(shuō)：“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。因為這純粹是浪費時(shí)間?！?/span>
雖然主流科學(xué)界對冷核聚變持否定態(tài)度，但是也有許多科學(xué)家并未就此罷休，15年來(lái)，不斷有人繼續探索“冷核聚變”的可能性。美國麻省理工學(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(xué)在重復“冷核聚變”實(shí)驗中還取得了不小進(jìn)展；德國、日本、以色列等國的科學(xué)家也在繼續這項實(shí)驗，他們甚至聯(lián)合起來(lái)，成立了一個(gè)“國際冷聚變科學(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(guò)兩種不同的過(guò)程釋放出來(lái)，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(guò)程是兩個(gè)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(huì )發(fā)生聚變。在太陽(yáng)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)單的裂變原子彈產(chǎn)生的大量熱能來(lái)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(shí)現。然而，受控聚變動(dòng)力的這一前景，卻一直吸引著(zhù)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(kāi)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，美國猶他大學(xué)的化學(xué)教授。他們設想，如果強行把兩個(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(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(shuō)是：電流從陽(yáng)極向陰極的運動(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。因為這種聚變將會(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(xiàn)索是兩個(gè)跡象：一是，發(fā)生聚變應產(chǎn)生的輻射，這可以通過(guò)測量放射性粒子即中子的數量來(lái)加以確定；另一個(gè)是，電解槽所產(chǎn)生的能量應當肯定大于提供給電解槽的電能，這可以通過(guò)測量溫度來(lái)加以確定。

最新進(jìn)展

意大利科學(xué)家稱(chēng)已成功實(shí)現冷聚變生產(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(chēng)，他已經(jīng)設法成功實(shí)現“冷聚變”，這一過(guò)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問(wèn)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(chǎn)生近乎無(wú)窮無(wú)盡的能量。但是目前存在的一個(gè)問(wèn)題是，很多科學(xué)家認為它有違物理學(xué)原理。過(guò)去的幾項“冷聚變”試驗均被證實(shí)是個(gè)騙局，迄今為止仍沒(méi)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。美國能源部專(zhuān)利辦公室表示，這一過(guò)程根本不可能實(shí)現，因為物理學(xué)排除了室溫核聚變的可能性。但是羅西稱(chēng)，他的E-Cat機器能夠實(shí)現冷聚變，并稱(chēng)上個(gè)月他在博洛尼亞大學(xué)的試驗中已經(jīng)證實(shí)它能產(chǎn)生作用。
他說(shuō)：“通過(guò)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(chǎn)生的。然后反應堆在接下來(lái)的3到4小時(shí)內不需輸入最初的電能，就能再生產(chǎn)479千萬(wàn)時(shí)能量，這種低水平的核反應會(huì )自動(dòng)繼續下去。我們通過(guò)消費者進(jìn)行的測試，其目的是看一看該過(guò)程是否能正常產(chǎn)生作用，以及產(chǎn)出能量是否會(huì )超過(guò)供應給該系統的能量。我們不想多說(shuō)什么，只想制定合理的計劃，讓事實(shí)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(xué)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(chēng)他們已經(jīng)實(shí)現了冷聚變，但是大多數物理學(xué)家對此持否定態(tài)度?？茖W(xué)家表示，羅西在聲稱(chēng)他已經(jīng)成功實(shí)現冷聚變前，應該能讓他實(shí)驗室以外的其他實(shí)驗室可以復制這項試驗，并對其進(jìn)行分析。能源顧問(wèn)喬納森-庫米說(shuō)：“在獨立科學(xué)家能夠復制這些試驗結果前，(E-Cat試驗)應該被視為一個(gè)騙局?！钡悄茉葱聶C構純能源系統的CEO斯特林-艾倫稱(chēng)，他參加了羅西的試驗演示工作，E-Cat確實(shí)能夠自我持續下去。他說(shuō)：“羅西演示了470千瓦能量以自我持續的方式連續輸出的過(guò)程，這意味著(zhù)能量輸出確實(shí)足以使該裝置自行運轉下去?！?/span>
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