冷聚变反应的梦想还有可能实现吗

2021/1/28 9:03:28 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:骑士

北京时间 1 月 28 日消息,据国外媒体报道,早在 1989 年 3 月美国盐湖城召开的一次新闻发布会上,犹他州大学科学家斯坦利 · 庞斯和英国南安普顿大学马汀 · 弗莱希曼宣布了一项惊人消息:他们可以聚变氢同位素原子核创建氦原子——太阳存在类似的进程,同时释放出核聚变能量,但与之不同的是,他们进行的这种冷聚变反应能在室温下进行,未投入更多能量便能实现核聚变产生能量。

当时美国哥伦比亚广播公司(CBS)一则新闻报道称,这项研究带来制造丰富能源的希望,有望取代化石燃料和常规核能。但依据 1989 年《纽约时报》一篇文章称,其他试图复制该实验的研究人员均无法重现该实验结果,推测该研究结果是实验错误造成的。1999 年,哈维马德学院物理学教授彼特 · 萨塔称,科学界大多数人不再认为冷聚变是一种真实现象。该研究论断发表在《科学美国人》杂志上。

对一些人来说,研究和再研究冷聚变似乎是在浪费时间和资源,但一些科学家并不这么认为。

梦想很难湮灭

尽管如此,科学家对冷聚变的兴趣从未消失,他们仍继续进行此类研究,虽然没有科学家能决定性证明它是否能实现,但这项工作实际上在其他方面产生了颇具价值的认知。

例如:几年前,谷歌公司资助了一项为期多年的冷聚变研究,参与方包括多所大学科学家和美国劳伦斯 · 伯克利国家实验室的研究员,最终他们于 2019 年在《自然》杂志上发表一篇文章透露称,他们的努力 “尚未产生任何确凿证据证明冷聚变效应”。

谷歌项目参与者之一、加州大学戴维斯分校电子和计算机工程教授杰里米 · 芒迪解释称,核聚变是一种潜在的能量来源,它可以提供巨大能量,而不会产生有害副产物,为了发生核聚变反应,带正电荷的原子核需要距离足够近才能融合在一起,如果发生这种情况,能量就会被释放出来,然而,困难在于带正电的原子核相互排斥,如果有很多原子核紧密地聚集在一起——密度很高,并且它们有很大的动能(处于高温状态下),该反应就会发生。

太阳是通过核聚变产生能量,但维持核聚变反应所需的温度和密度在地球上很难实现,冷聚变是指核聚变可以在更低的温度下发生,并使其成为地球一种有效利用能源。

芒迪强调称,事实上,很难排除地球制造冷聚变的可能性,这也是一些理论概念延续至今的原因之一,虽然我们并未发现冷聚变的任何确凿证据,但这并不意味着该反应不存在。

对于外行来讲,为了找到冷聚变的证据而反复调查,似乎是在浪费时间和资源,但科学家却并不这样认为,因为他们在探索验证的过程中,收集了其他方面的知识,并开创了技术创新。

芒迪说:“这些副产物可能是我们在该领域研究产生的最大影响之一,通过与谷歌公司合作,我们在《自然》、《自然材料》、《自然催化》等具有较高影响力的科学期刊上发表论文 20 多篇,目前已获得两项专利技术,除了发表直接描述低能量聚变过程的论文,我们还发表了关于金属氢化物等有趣材料物理和光学特性以及它们在传感器、催化剂上的应用的论文。”

HERMES 项目

1989 年,科学家斯坦利 · 庞斯(图左)和马汀 · 弗莱希曼(图右)在众议院科学、空间和技术委员会面前证明了他们的冷聚变实验突破。

近期,欧洲一支由多国科学家组成的研究团队开始另一项冷聚变研究——HERMES 项目,该项目将采用近年来开发的先进科学技术和工具,HERMES 项目协调员、芬兰图尔库大学机械与材料工程系副教授佩卡 · 佩尔乔表示,该研究的目的是试图寻找一种可以重复产生异常效应的实验,目前我们正在重视审查之前的部分实验,同时,我们将利用钯单晶等可控模型系统,对钯 - 氢、钯 - 氘系统的电化学进程进行深入分析,因此,简单地讲,HERMES 项目结合了钯 - 氢体系的基础研究,重复了一些颇具希望早期实验,并开发了新的方法,例如:我们将利用质子导电固体氧化物研究高温条件反应。

即便如此,研究人员也无法确信能找到冷聚变反应的相关证据,佩尔乔解释称,科学领域大多数人认为这很可能是实验假象,也就是说,它不是真实的,基本上,当钯金属中含有大量氘时,通常似乎没什么寻常的事情发生,但有时,由于一些不太清楚的原因,可能会发生奇怪的事情。

最初,庞斯和弗莱希曼观测到了过剩热量,但也有报道称发现其他异常效应,例如:中子辐射或者氦产物,但是有很多再现性的问题,最有可能的是,这些反应实际上不是核聚变,而是发生在金属晶格中的其他核反应。

HERMES 项目研究小组不会试图再次尝试庞斯和弗莱希曼的研究,然而,佩尔乔表示该研究过于耗时,并且非常困难,他解释称,相反,我们更加专注于纳米材料,该材料的加载速度应该更快,在加入氘时,由于体积变化而产生的应力应该更小。我们研究的重点之一是所谓的共电沉积实验,即钯 - 氘是通过电化学方式沉积的,该方法是由美国海军 SPAWAR 系统中心的斯坦尼斯 · 斯帕克博士和帕梅拉 · 马塞尔 · 博斯博士开发设计的,这些实验进行了很好地记录,相关研究结果发表在多个科学媒体上,所以我们的第一个方法是尝试重现他们的研究结果。

佩尔乔说:“这是一个高风险、高回报的项目,也就是说,我们很有可能无法观测到任何异常情况,另一方面,如果项目成功,我们将有一个可重复的实验来探索这些反应。”依据现代物理学,不应该发生这样的实验反应,所以科学家应该设计一种新理论解释这些反应,也有可能开发新的热量来源,因为这些反应被认为会产生多余的电热量。

依据佩尔乔的说法,HERMES 研究收集到关于钯 - 氢系统的基本特征信息,也有助于开发一种更好的制造氢能源的技术,用于替代燃料电池汽车。

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关键词:聚变能量

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