冷聚變 理想還是幻想?

2020-11-24 手機鳳凰網

CFP

▲中國國家能源局12月14日公布,今年前11個月中國全社會用電量42835億千瓦時,同比增長11.85%。若「冷聚變」能夠實現,或許能源將不再是個問題。張海巖/CFP

義大利物理學家安德烈·羅西宣稱他製造的機器能夠實現「冷聚變」,即在沒有輻射危險的情況下,可產生大量安全核能。如果他真的實現了「冷聚變」,未來人們也許就不必再支付高昂的電費,僅靠一個玻璃瓶大小的裝置就可以為家裡的冰箱、電視、洗衣機提供足夠的電力。然而,安德烈·羅西的成果沒有為他帶來榮譽,反而惹起了一片質疑的聲音。

不斷有人聲稱實現「冷聚變」,又不斷被否定。「冷聚變」,究竟是理想還是幻想?

A瓶中的「太陽」

原子彈和核電站是人們所熟知的利用核能的方式,它們都是利用質量較重的原子核裂變所釋放出的能量。除此以外,還有另一種核反應,就是由較輕的原子核聚合成較重的原子核,在這個過程中釋放出巨大的能量,也就是核聚變。例如,太陽的能量就是來自於太陽內部氫的同位素原子的聚變反應。

但是,發生核聚變反應的條件非常苛刻,太陽核心的溫度高達1500萬℃,壓力達到2500億大氣壓,在這樣極端的條件下,才能發生核聚變。在地球上實現這樣的高溫高壓環境是極其困難的。氫彈,也只是人們利用原子彈爆炸產生的能量實現的非受控核聚變。而要把核聚變產生的能量轉換為電能、為人類所用,則需要精確地控制核聚變過程,使能量緩慢地釋放。

如果真能實現這一點,將解除人類面臨的能源危機。

這是因為發生核聚變所需要的原料——氫的同位素氘、氚,就存在於海水中,非常易於獲得,而且在地球上的儲量非常豐富。有科學家估算,如果能利用氘、氚的聚變獲取能量,地球上現有的氘、氚可供人類用上幾百萬年,而且不會像核裂變那樣產生核廢料,真可謂是理想的能源。

原料非常豐富、獲取成本也不高、沒有輻射汙染、還能產生大量的能源——受控核聚變無疑是一個極具誘惑性的領域。然而,苛刻的反應條件,卻只能讓人類止步於遐想。

如果,能夠在常溫常壓下,實現可控的核聚變反應呢?這就是安德烈·羅西所說的「冷聚變」。

它是針對恆星內部熱核聚變反應而提出的一種「假設」,在接近常溫常壓的條件下實現緩慢的核聚變能量的釋放。它極大的降低反應要求,可以使用更普通更簡單的設備,甚至只需要一個能握在手裡的玻璃瓶子就能實現。正因為如此,「冷聚變」被形象的稱為「玻璃瓶子裡的太陽」。

B爭議似曾相識

提到「冷聚變」,就不得不回顧一段科學史上著名的公案。

宣稱能夠實現「冷聚變」的從來就不只有安德烈·羅西一人。

早在1989年,美國化學家馬丁·弗雷希曼(Martin Fleischmann)和斯坦利·龐斯(Stanley Pons)就通過一場新聞發布會宣稱他們實現了受控核聚變,人類有望一勞永逸地解決能源問題了。

弗雷希曼和龐斯用一個很廉價的簡單電解池就實現這一過程。這個電解池實際上就是一個玻璃瓶,瓶裡盛著鋰鹽和重水,將一對正極是鉑、負極是鈀的電極浸入其中,通上電流,重水中的氘就能聚變成氦,並釋放出能量。弗雷希曼和龐斯宣稱他們測到了熱量的升高和釋放出的中子,這些足以證明發生了核聚變。由於這個過程在常溫下就能實現,與太陽核心的溫度相比,這實在是太低的溫度了,弗雷希曼和龐斯將這個過程稱為「冷聚變」。

在宣稱實現「冷聚變」之後,弗雷希曼和龐斯一夜之間聲名鵲起,成為當時最受矚目的科學巨星。

但故事並不都以喜劇結束,歐美多個實驗室的科研人員依據弗雷希曼和龐斯所講的方式模擬這個實驗,然而他們卻沒有弗雷希曼和龐斯那麼「幸運」,無一例外的,都失敗了。

接著,幸運之神也拋棄了它的「寵兒」。弗雷希曼自己重建了一個同樣的電解池,並聯繫了英國著名的原子能研究機構哈威爾實驗室,幫助他測定實驗結果,但結果是:無法檢測到釋放了中子。

對於弗雷希曼和龐斯的質疑之聲開始甚囂塵上,這個實驗的無法重複給了弗雷希曼和龐斯致命一擊,人們懷疑弗雷希曼和龐斯的成功不過是實驗誤差或疏忽的結果。他們選擇新聞發布會而不是主流學術期刊發布自己研究成果的行為,更成為不遵循科研規範和道德的笑柄。

又是一夜之間,「巨星」淪為了「騙子」。

C謎底還沒揭曉

自弗雷希曼和龐斯之後,「冷聚變」擁有了一批追隨者,他們繼續著弗雷希曼和龐斯的夢。「冷聚變」能帶來近乎取之不盡用之不竭的能源——這似乎讓一些人難以自拔。

2009年,美國、日本和德國的科學家在美國化學學會年度會議上宣布,他們已經在實驗室證實了「冷聚變」。美國聖地牙哥海軍空間和海洋作戰部隊系統指揮中心的研究人員表示,他們證實實驗中釋放出了中子,這說明室溫下可以出現聚變反應;日本北海道的研究人員稱,他們也發現了大量的熱量和伽馬射線釋放出來的證據。美國的《電子工程時報》網絡版刊出了這一消息。

隨著時間的推移,對於「冷聚變」的爭論也出現了一些新的變化。一些科學家提出,當初弗雷希曼和龐斯實驗中的「發熱」現象確實存在,但發生這種現象的原因並不是在常溫常壓下發生了核聚變,而是發生在「分子間化學變化和原子間核物理變化之外的第三種交叉物質變化」。但這種物質變化的原理究竟是什麼,至今還沒有一個定論。

大多數科學家仍然對所謂的「冷聚變」持懷疑態度,因為在現有的理論中,同帶正電的原子核要克服相互之間的斥力聚合成新的原子核,必須在極端的高溫高壓下才能發生。

受控核聚變容器「託卡馬克」就是利用通電時產生的巨大的螺旋型磁場,將其中的等離子體加熱到很高的溫度,才能實現受控核聚變。截至目前,「託卡馬克」仍然只是一個龐大的實驗裝置,並不能為人們所利用。

不論怎樣,「冷聚變」的追隨者們沒有停下他們的腳步。他們似乎都陷入了一個怪圈:他們的實驗永遠都只有自己能看到成果,別人不能重複驗證,沒有主流學術期刊承認他們的研究成果,永遠只能引起媒體的關注。

再一次提出實現「冷聚變」的安德烈·羅西也沒能跳出這個怪圈,他證實自己的方式仍然是進行一場示範實驗,邀請了一組沒有透漏姓名的工程師和少數媒體記者作為他這一「偉大」創舉的見證人。

他也像他的前輩們一樣,沒能獲得其他科學家的信任,質疑的聲音仍然四起,比如,美國能源顧問喬納森·庫米索就直指其「應該被視為一個騙局」。

複製並分析該實驗,仍然是驗證真實性的焦點。(本報記者 詹 媛 通訊員 餘新剛)

義大利物理學家安德烈·羅西宣稱他製造的機器能夠實現「冷聚變」,即在沒有輻射危險的情況下,可產生大量安全核能。如果他真的實現了「冷聚變」,未來人們也許就不必再支付高昂的電費,僅靠一個玻璃瓶大小的裝置就可以為家裡的冰箱、電視、洗衣機提供足夠的電力。然而,安德烈·羅西的成果沒有為他帶來榮譽,反而惹起了一片質疑的聲音。

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但是,發生核聚變反應的條件非常苛刻,太陽核心的溫度高達1500萬℃,壓力達到2500億大氣壓,在這樣極端的條件下,才能發生核聚變。在地球上實現這樣的高溫高壓環境是極其困難的。氫彈,也只是人們利用原子彈爆炸產生的能量實現的非受控核聚變。而要把核聚變產生的能量轉換為電能、為人類所用,則需要精確地控制核聚變過程,使能量緩慢地釋放。

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這是因為發生核聚變所需要的原料——氫的同位素氘、氚,就存在於海水中,非常易於獲得,而且在地球上的儲量非常豐富。有科學家估算,如果能利用氘、氚的聚變獲取能量,地球上現有的氘、氚可供人類用上幾百萬年,而且不會像核裂變那樣產生核廢料,真可謂是理想的能源。

原料非常豐富、獲取成本也不高、沒有輻射汙染、還能產生大量的能源——受控核聚變無疑是一個極具誘惑性的領域。然而,苛刻的反應條件,卻只能讓人類止步於遐想。

如果,能夠在常溫常壓下,實現可控的核聚變反應呢?這就是安德烈·羅西所說的「冷聚變」。

它是針對恆星內部熱核聚變反應而提出的一種「假設」,在接近常溫常壓的條件下實現緩慢的核聚變能量的釋放。它極大的降低反應要求,可以使用更普通更簡單的設備,甚至只需要一個能握在手裡的玻璃瓶子就能實現。正因為如此,「冷聚變」被形象的稱為「玻璃瓶子裡的太陽」。

B爭議似曾相識

提到「冷聚變」,就不得不回顧一段科學史上著名的公案。

宣稱能夠實現「冷聚變」的從來就不只有安德烈·羅西一人。

早在1989年,美國化學家馬丁·弗雷希曼(Martin Fleischmann)和斯坦利·龐斯(Stanley Pons)就通過一場新聞發布會宣稱他們實現了受控核聚變,人類有望一勞永逸地解決能源問題了。

弗雷希曼和龐斯用一個很廉價的簡單電解池就實現這一過程。這個電解池實際上就是一個玻璃瓶,瓶裡盛著鋰鹽和重水,將一對正極是鉑、負極是鈀的電極浸入其中,通上電流,重水中的氘就能聚變成氦,並釋放出能量。弗雷希曼和龐斯宣稱他們測到了熱量的升高和釋放出的中子,這些足以證明發生了核聚變。由於這個過程在常溫下就能實現,與太陽核心的溫度相比,這實在是太低的溫度了,弗雷希曼和龐斯將這個過程稱為「冷聚變」。

在宣稱實現「冷聚變」之後,弗雷希曼和龐斯一夜之間聲名鵲起,成為當時最受矚目的科學巨星。

但故事並不都以喜劇結束,歐美多個實驗室的科研人員依據弗雷希曼和龐斯所講的方式模擬這個實驗,然而他們卻沒有弗雷希曼和龐斯那麼「幸運」,無一例外的,都失敗了。

接著,幸運之神也拋棄了它的「寵兒」。弗雷希曼自己重建了一個同樣的電解池,並聯繫了英國著名的原子能研究機構哈威爾實驗室,幫助他測定實驗結果,但結果是:無法檢測到釋放了中子。

對於弗雷希曼和龐斯的質疑之聲開始甚囂塵上,這個實驗的無法重複給了弗雷希曼和龐斯致命一擊,人們懷疑弗雷希曼和龐斯的成功不過是實驗誤差或疏忽的結果。他們選擇新聞發布會而不是主流學術期刊發布自己研究成果的行為,更成為不遵循科研規範和道德的笑柄。

又是一夜之間,「巨星」淪為了「騙子」。

C謎底還沒揭曉

自弗雷希曼和龐斯之後,「冷聚變」擁有了一批追隨者,他們繼續著弗雷希曼和龐斯的夢。「冷聚變」能帶來近乎取之不盡用之不竭的能源——這似乎讓一些人難以自拔。

2009年,美國、日本和德國的科學家在美國化學學會年度會議上宣布,他們已經在實驗室證實了「冷聚變」。美國聖地牙哥海軍空間和海洋作戰部隊系統指揮中心的研究人員表示,他們證實實驗中釋放出了中子,這說明室溫下可以出現聚變反應;日本北海道的研究人員稱,他們也發現了大量的熱量和伽馬射線釋放出來的證據。美國的《電子工程時報》網絡版刊出了這一消息。

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大多數科學家仍然對所謂的「冷聚變」持懷疑態度,因為在現有的理論中,同帶正電的原子核要克服相互之間的斥力聚合成新的原子核,必須在極端的高溫高壓下才能發生。

受控核聚變容器「託卡馬克」就是利用通電時產生的巨大的螺旋型磁場,將其中的等離子體加熱到很高的溫度,才能實現受控核聚變。截至目前,「託卡馬克」仍然只是一個龐大的實驗裝置,並不能為人們所利用。

不論怎樣,「冷聚變」的追隨者們沒有停下他們的腳步。他們似乎都陷入了一個怪圈:他們的實驗永遠都只有自己能看到成果,別人不能重複驗證,沒有主流學術期刊承認他們的研究成果,永遠只能引起媒體的關注。

再一次提出實現「冷聚變」的安德烈·羅西也沒能跳出這個怪圈,他證實自己的方式仍然是進行一場示範實驗,邀請了一組沒有透漏姓名的工程師和少數媒體記者作為他這一「偉大」創舉的見證人。

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