一篇比较早的冷聚变综述
2014-04-07 17:30:30   来源：网络   评论：0 点击：

      从1989年3月23日宣称犹他大学发现冷聚变现象以来，争论就没有停息，实验和理论工作也没有停息。只是在3月6月的热潮之后，人们认识的深化，使得一些工作都是在悄悄地进行进行更认真的研究。例如去年9月15、16日就在意大利的凡仑那举行了理解冷聚变现象的研讨会。该会由意大利物理学会发起，与会者主要从理论上探讨对冷聚变进行各种解释的可能性。该会的会议文集将发表在今年1月出版的著名期刊(Nuovo Cimento)(新试验)杂志上。去年l0月16、18日，在美国首都华盛顿举行了充氘金属中的反常效应的讨论会，该会由美国国家自然科学基金会和电力研究所联合召开。庞斯和弗莱希曼出席了会议。近50名与会者中多数是相信冷聚变的，也有少数著名的持怀疑态度的学者，如加州理工学院的刘易斯(N Lewis)和德州  大学的巴特(A. Bard)。被美国称为氢弹之父的泰勒也出席了此会。纽约时报记者11月7日从盐湖城报道了庞斯和弗莱希曼两个月来埋头工作于新成立的国家冷聚变研究所，仍持乐观态度而回避记者；这次日本大阪大学中日学者合作研究的报道正是这一系列研究工作之一。从新闻报道中可看到，中国学者张月嫦和日本荒田吉明教授所采用的钯电极比较粗，直径2厘米他们在重水电解实验中观测了钯电极内部温度，发现，随着温度升而复降，钯电极先是吸附重氢继而又放出重氢，并称之为“开合效应”。他们观察到的中子数最高时达每秒l亿个，为天然本 底的250万倍，并连续40小时内出现大量中子。其实就在前不久，日本(朝日新闻)还报道了不用电解池，而用钯电极在真空中放电 10 分钟，再充氘气，然后测到中子发射的实验结果。日本名古屋大学讲师和田仲彦与助教西泽邦秀将两根3.5厘米长的钯丝相距4厘米插人直径8厘米容量为0.3升的烧瓶中，抽走空气，放电10分钟，然后充入一个大气压的氘这样每隔一小时就能观测到比本底高几倍的中子发射。两天后再放电10分钟，结果可观测到比本底高2万倍的中子发射。且不问这些实验作何解释 作何结论。

      按照庞斯和弗莱希曼本人的愿望来说，现在发表为时过早，只是不得已而为之。现年46岁的庞斯，早年就学于美国密执根大学。在他快要得博士学位的时候，却在其父的怂恿下弃学经商，十年之后，他又想继续学业。由于密执根大学不再承认其学分而必须重修，才使他远渡重洋成了英国南安普顿大学弗莱希曼教授的学生。弗莱希曼现年62岁，素以智谋出众而受人称道。两人从师生而成为挚友，1984年当他俩在盐湖城附近的峡谷地区作徒步旅行时忽然萌发了一个想法，既然钯能吸附大量的氢，而且化学家们早就注意到氘在电场作用下能在钯的原子晶格点阵中不寻常地作自由运动，那么原子核会不会靠得足够近而发生核聚变呢? 旅行结束一到家，他俩就在厨房内桌上边喝边画草图，第一步的电解池实验方案就此诞生了，这个方案就是在重水中插入钯丝作阴极进行电解。

     1985，年的一个晚上，电解池的电极居然意外地烧融乃至有一部分都汽化了。庞斯立即打电话把此意外事件通知巳回到英国的弗莱希曼。因为庞斯感到从电解池中得到的能量已远超过了化学反应所能释放的能量。弗莱希曼却告诫他最好不要在电话中讨论此事，两人用私人积蓄投资10万美元以继续探索这一被认作是冷聚变的现象，当他们感到私人投资已难以维持下去而向政府申请研究基金时，1988年9月申请书转到了同在犹他州的杨伯翰大学的物理学家琼斯手中。政府要求他审议庞斯和弗莱希曼的申请，原来琼斯也在作冷聚变实验，本来琼斯是专门研究μ粒子催化聚变反应的，两年前他也转向研究电解池方案，并且也发现了聚变的迹象，他是一位核物理学家，在发明一台高质量的中子探测仪上下了功夫，并用普通水作了对照试验，因此他之所以相信他看到了聚变，是因为他确信已看到了聚变中子，而根本不是用化学反应解释不了的热量，但琼斯却想用此冷聚变反应来解释地球内部热量的起源和夏威夷观测站上测到的氚量异常，两所大学相距不过50英里，竟在从完全不同的角度分析着同样的钯电极电解重水实验，于是琼斯建议双方合作。

       1989年3月6日在两所大学校方出席下协商如何向公众报道，庞斯和弗莱希曼仍希望再等一下 而琼斯却已接到了美国物理学会的邀请。预定于1989年5月初正式报告其研究结果。最后商定1989年3月24日双方同时各投寄一篇论文于自然杂志，然而，庞斯和弗莱希曼却于1989年 3 月23日在校方召开的记者招待会上宣布了他们的突破。

       这显然是一个不成熟的竞争的产物，所以此后庞斯和弗莱希曼在洛杉矶美国电化学会年会和在欧洲各种场合受到诘问而支支吾吾是可以想象的。他们也已料到，一旦发表所招来的问题会比所解决的问题多，值得注意的是从此之后弗莱希曼与琼斯都分别与各地的学者合作。英国哈威尔实验室在弗莱希曼参与下种种验证实验都得出了零结果之后，弗莱希曼仍坚持他的结论，而琼斯与意大利的学者在格兰萨索(Gran Sasso)的深山隧道中重复了电解池实验之后明确排除了是宇宙线μ粒子引起核聚变(因为隧道中μ粒子数量比海平面处还低一百万倍) 后来又有一些支持冷聚变现象的实验，其中最值得一提的是意大利夫拉斯卡蒂(Frascati)的无电解池实验，他们注意到了在琼斯的实验过程中电极材料可以不是钯，而是其他吸氢材料(如钛等) 电解质也不一定非用氘氧化锂不可，但是琼斯提到了，非平衡态，可能是关键因素之一，因此意大利的学者们干脆不用电解池而是在不锈钢瓶中，放几十克钛片或海锦钛在50个大气下用液氮冷却后升温又重复冷却，企图以此来造成空间和时间上的非平衡过程。果然，他们在高压下看到了猝发式的中子发射。其发射量比本底高出35倍(达每小时70个计数)。而在放气之后，在室温下又连续十余小时内观察到中子的发射，其发射量比本底高500倍(每小时1000个计数)。这个现象在意大利的热那亚大学和另一个国家实验室也都看到了，而且美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室也重复了这实验。

      也还有重复电解池实验而得到了正结果的地方：如美国斯坦福大学和德州农机学院。他们还用普通水作了对照试验，证实了过量的热只出现在重水电解的实验之中。

      然而，事情并不是那么简单。作为一名化学家，可以把他看到的解释不了的过量的热量归结为由核反应过程产生。但是物理学家同样也解释不了为什麽会有这样的核反应过程：在一种情况下，实验看到了过量的热，却没有看到中子和核聚变过程的其它产物(氚 质子或氦的一种同位素等)；在另一种情况下，实验看到了中子却并没有见到明显的热量产生。按照传统的氘一氘聚变反应，应该同时有两种反应结局：一种是产生质子和氚，另一种是产生中子和氦，同时伴随着几百万电子伏能量的释放。所以，科学家们普遍认为，应该同时测到聚变能量和中子，才能确证是冷聚变反应。

      庞斯和弗莱希曼一度宣称同时看到了，过量的热和聚变中子，但是用以论证聚变中子的伽玛射线能谱被核物理学家否定了。在麻省理工学院等离子体聚变中心的验证实验面前，弗莱希曼宣布他们的伽玛射线能谱有问题(但同时又重申，过量的热不仅确切无疑，数量上还比过去更多)。退一步说，即使弗莱希曼看到的是中子，其产额也比从聚变反应热算出的产额低了10亿倍。而且琼斯在同类电解池中看到的中子又比庞斯和弗莱希曼低了1万倍。这个疑点至今还没有解开。但是还有更大的疑团，迄今为止多数重要的实验室没有测到任何正结果，包括麻省理工学院的等离子体聚变中心，国际商用机器公司的研究中心，美国电话电报公司的贝尔实验室，劳仑斯贝克莱实验室，橡树岭，罗彻斯特大学，俄亥俄州立大学，多仑多大学，佛罗里达州立大学，加拿大恰克河核实验室，瑞士洛桑（Lausanne）高工，他们都说没有看到弗莱希曼和庞斯所报道的中子产生率。由于他们所用的探测仪器的灵敏度比不上琼斯的仪器，因此对于琼斯所报道的中子产生率(约每对氘核每秒产生10的负24次方中子)尚无发言权。然而，耶鲁大学和布鲁克海汶国家实验室的联合实验已确定中子的发生率不会高于每对氘核，每秒10的负25次方个聚变中子。

      面对着这难解的事实，有人拿出了，病态科学，的症状来类比。认为所谓冷聚变不过是一场病态科学的瞎折腾，有人甚至还说是美国科学的耻辱。
 

      在扑朔迷离的实验结果面前，人们看着理论工作者的态度。然而，理论工作者同样是困惑不解。为什麽聚变反应的热量与聚变反应的中子如此不相称呢？姑且认为这是聚变中子理论也解释不了所宣称的中子产率每对氘核每秒产生约10的负24次方次聚变反应。使用隧穿效应来估计氘分子内两个氘核聚变反应的几率是10的负70次/分子一秒。最近，加州理工大学的理论工作者重新验算了此几率，发现可提高到10的负64次/分子一秒，仍远低于琼斯实验的数值。前面巳说明如果氘分子中的电子被换成μ粒子，则此几率可以提高80个数量级。但为了解释琼斯的实验，每个μ粒子必须催化700次聚变才行。遗憾的是μ粒子的寿命却太短而达不到理论家的期望值。μ粒子的作用是使库仑山变薄，那么是否也可以用其他方法来使库仑山变薄呢？固体物理学家告诉我们，在金属氢化物中确实可以有一些空位，每个空位内可累积多达6个氘核，可是计算表明，这些氘核之间的间距仍比氘分子内的间距还大2倍。如果可以找到一种机制使氘核间距迫近到只有氘分子内两个氘核间距的 1/3-1/5，则琼斯的中子产生率就可能得到解释。
   另一方面也可以寻找使氘核加速的机制，因为一旦被加速氘核爬升到靠近库仑山顶，则隧穿的厚度也会大大下降而提高聚变反应率，这种加速电压可以来自金属中的裂隙。在裂隙两侧的电荷可以形成一个电场来加速氘核。早在1976年就已观察到充氘或充氢的金属内会产生裂隙。也确实有苏联学者在1986年发表过撞击氘化锂晶体可以产生中子的实验结果(撞击中产生的裂隙每条可以发出约10个中子)

      理论的现状使化学家把目光投向核物理学家，而核物理学家又寄希望于固体物理，指望在固体晶格中μ粒子寿命会变长，或在固体晶格里会出现只释放能量而不放出中子的新型聚变反应。