看过漫威电影的人,应该对钢铁侠胸前的方舟反应炉(Arc reactor)印象深刻;根据剧情设定,方舟反应炉采用的是冷核聚变技术,第一代方舟反应炉以钯为材料,输出功率可达30亿瓦特。

那么像方舟反应炉这样的冷核聚变反应堆,在现实中能实现吗?

量子冷聚变(Google宣布冷核聚变的神话破灭)(1)

核反应主要有两种方式,核聚变与核裂变;核裂变可以在常温下进行,一般会释放大量辐射,而且质能转化率低,材料稀缺;核聚变以氢、氦的同位素为原材料,但是需要极高的温度(上亿度)和压力才能进行。

如果能把核聚变的反应条件,降低至接近常温常压下进行,那么将意味着人类彻底解决了能源问题,这样的技术称作冷核聚变。


在1989年2月23日,美国犹他大学的庞斯和英国南安普敦大学的弗莱西曼,宣称在实验室里实现了冷核聚变,一时引起科学界的轰动,称为“弗莱西曼-庞斯实验”。

量子冷聚变(Google宣布冷核聚变的神话破灭)(2)

根据两人的描述,他们利用金属钯作为阳极和阴极,电解槽中放置重水,通上电流之后,氘原子核从重水流入钯晶格,并发生核聚变释放热能,实验检测出微量的中子和超重氢(氚)。


弗莱西曼和庞斯的实验,引起了全世界科学家的兴趣,接下来全世界几乎所有的顶尖实验室,有进行超过一千次实验,来试图重现他们的发现,但是均以失败而告终,最后弗莱西曼-庞斯实验被贴上“骗子”的标签,弗莱西曼-庞斯实验也成为科学界的反面教材之一。

量子冷聚变(Google宣布冷核聚变的神话破灭)(3)

但是科学家们从未放弃对冷核聚变的研究,在2015年,Google打算搏一把,在全球招募了大约30名科学家,并提供1000万美元的研究资金,试图重现弗莱西曼-庞斯的实验,科学家们前后发表了十多篇论文。

近日,Google的研究团队,在《自然》杂志上公布了研究成果,被判定为“冷核融合的证据不足”。

在人类传统能源即将消耗殆尽之际,可控核聚变技术似乎就成了“希望”的代名词;在2018年,我国的核聚变研究装置“人造太阳”,实现了中心电子温度一亿度,热功率超过10兆瓦的重大突破,在未来,可控核聚变必定会成为人类的主要能源。

量子冷聚变(Google宣布冷核聚变的神话破灭)(4)

然而冷核聚变技术,就如一场神话,从理论上看,轻元素要实现融合,就必须克服不同原子核之间的库伦势垒,办法就是增加原子核的动能,也就是提高温度,哪怕算上量子隧穿效应,要让原子核实现融合,所需的温度都是极高的,冷核聚变在理论上根本行不通。


在广袤的宇宙中,有很多场合可以实现剧烈的核聚变,但是所需条件是非常高的,比如:

量子冷聚变(Google宣布冷核聚变的神话破灭)(5)

(1)恒星内部,主要进行着氢元素向铁元素的聚变,温度在1000万度以上,压力更是高达数百亿个大气压。

(2)超新星爆发,可以生成大量的超重元素,反应温度更是在100亿度左右。

虽然不排除未来另辟蹊径,出现新的理论和技术来实现冷核聚变,但是以人类目前掌握的知识,冷核聚变太过于神话了;不过可控的热核聚变技术,在未来100年内,人类是有可能实现商用的。


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