μ子催化聚变，冷聚变以及气泡聚变
2015-02-15 23:17:38   来源：网络   评论：0 点击：

        
        μ子催化聚变　μ子是一种亚原子粒子，其特性与电子十分类似，但其质量是电子的200多倍。μ子可以像电子一样被质子俘获，形成μ子氢原子。μ子氢原子比正常的电子氢原子更重、更小。当两个μ子氢原子相撞的时候，这两个原子核就会比通常情况下靠近得多，就有更大的可能撞击并且聚合。
 

　　μ子催化核聚变是一种常温下即可进行的核聚变。实际上，人类最初于1956年在气泡室里发现这种反应现象时，气泡室里面的温度是接近绝对零度的。此种反应若能从工业上实现必然会成为人类未来能源的福音。特别是，如果人类能够有办法用μ子来替换氢中的电子，并获得满满一罐子稳定的μ子氢原子的话。要知道，μ子氢原子半径只有电子氢原子的约1/200，其液态或者固态的密度应该可以有普通氢的8百万倍！每升应该有5、6百吨重！
 

　    但问题是，μ子很难获得。目前条件下人们需要建设粒子加速器，消耗大量能量来获得μ子，而且这种生产的效率很低。即使我们找到一种生产μ子的有效方法，此种粒子的寿命也只有几微秒。如果科学家把一束μ子射入一片氢云中，恰好能引发聚合反应，但μ子有可能会被俘获在新的氦原子中，在衰变前就再无用处了。即便生产效率再高，生产μ子需要的能量也无法通过这一次的聚变填补亏空。但如果μ子能摆脱原子的束缚，在衰变前能诱发几百次的聚合，那就完全可以实现正的能量输出。　

     　可是，无论从理论计算上还是实际试验中，人们得到的是μ子最多只能实现几十次的聚变催化。这距离实现盈亏平衡是有很大距离的。μ子催化聚变反应，至少作为能源途径，是不值得继续搞下去的。　

“冷聚变”

　　刚刚介绍过的μ子催化聚变实际上就是一种冷聚变，但这里我要介绍的是一种曾经在世界范围内引起广泛关注的冷聚变。一提起“冷聚变”或者“常温核聚变”很多人都会直接想起这次事件。由于此事曾在世界上引起了很大的反响，被认为是20世纪最大的科学丑闻。

　　事情的发生是在1989年，两位在盐湖城犹他大学的化学家弗莱施曼和庞斯宣布，他们成功的在室温条件下产生了一次持续的聚变反应。这个突破意味着有朝一日世界会依赖核聚变获得清洁的、几乎是取之不尽的能源。

　　两人设计的装置是一个具有钯电极的瓶子。钯是一种贵金属，元素序数在银之前——如同铂在金之前。钯有一种很独特的性质——能够大量的吸收氢原子，微小的氢原子会附着在钯原子周围。现在搞氢动力的人有在研究如何更好的利用钯来存储氢的。

　　被吸附在钯原子之间狭小空间里面的氢应该很拥挤，可能会以很大的力彼此冲撞……如果把氢换成氘……。基于这样的想法弗莱施曼和庞斯开始试验。按照他们自己对记者说的话，开始时他们觉得这种实验有些愚蠢，所以没申请经费，而是自费来做这个实验。

　　1984年的时候（他们自己是这样说的），他们把一块钯置于重水中，并在水中加入还有锂和氘的盐。用一根铂导线把钯和一个电池连接起来，期待着能有聚合发生。这个实验开始时什么都没有发生，但有一天夜里，钯块突然变热，仪器被炸开。第二天他们回来时，实验室里被弄得乱七八糟。用仪器检测，发现实验室辐射是自然本底的3倍。　庞斯是犹他大学的化学系主任，弗莱施曼是英国人，是具有英国皇家学会会员头衔的科学家。两人都曾经做出过杰出的学术工作和贡献，都有着良好的学术声誉。所以，他们发表自己研究成果的时候，受到的物理学界的足够重视。但两人很多话都是直接对媒体说的而不是对学术界说的。

　   但类似这样的实验应该是没有重现过。至少，其他人的验证实验从来没有测出过足够量的中子的——他们只测出了符合自然本底的中子辐射量。就是说两人的实验从来没有实现过聚变，至少没有人能够重现这个实验（应该也包括他们自己以后的实验）。当然，无论如何，实验中有比预期要多的热量释放出来，但肯定不是核聚变提供的。我看的资料也没有释这种热是通过何种反应来的，不知道是否钯中积累了足够多的氢然后又什么反应，但整个过程的输入能量应该大于获得的能量，虽然某些时间段内是有正能量输出的。

　　整个故事的过程到底如何，我看的资料的作者都表示‘至今没能完全弄清楚’。但应该不止是纯粹的学术问题，涉及到很多方面的利益，当然，源头还是学术问题。

　　由于冷聚变需要的反应条件很容易获得，其前景让人们极其神往。第一个研究出此种技术的人必然会成为人类文明的救星，以其专利获得巨大的声望、财富和权力。相较来说，盖茨和乔布斯谋得的名利都要差得远。而即便是同时独立研究，第二位提交结果的团体或个人也将仅仅获得一个注脚的地位。很可能就如同那个晚了一天提交电话专利，虽然其发明性能更优异，但此后和贝尔天差地别的那个人。

　　不知道是否两位化学家由于自己的钱紧张，需要申请经费，而又怕人知道自己那相对简单的技术而被人捷足先登。于是要向公众大肆宣传，至少先坐实自己的贡献。而地方政府、利益集团也应该参与其中。期间也充斥着对那些研究磁约束、惯性约束的科学家的贬斥：拿着数亿美元，研究前景遥远模糊，对冷聚变的怀疑是怕丢掉经费。但无论何种过程，学术界确认了这个冷聚变并不存在，两位优秀的化学家断送了自己的声誉和职业生涯。　但冷聚变研究却没有从世界上消失，在常温条件下，于实验室的试管中获取无限能源的愿望太强烈了。那种可能比较容易获得的声望与利益诱惑着很多人继续努力，如同宗教信仰一样，这不是科学能够扑灭的。

　　气泡聚变
　　首先，我们要提到一种叫做“声至发光”的物理现象。

　　既然是军坛，那就说一说大家应该更熟悉的一种现象：潜艇螺旋桨如果转动得太快就会在水中产生空泡，形成额外的噪声，并对螺旋桨本身产生腐蚀效应。这和声致发光是很类似的。

　　当我们用声波以正确的方式轰击一桶水，水中就会开始产生微小的气泡，这些气泡会发出微弱的蓝光。这是由于在快速撞击或者声波轰击这样相对高速的作用下，液体表现得有固体特性，会被撕裂而形成微小的真空泡。这些真空泡中会立即充满些许蒸发的液体。然后这些气泡又会在液体自身的压力下迅速破裂，被加热到几万度并释放出光。

　　事情和前面的冷聚变有些类似。橡树岭和伦塞勒理工学院的一些科学家认为，他们通过声波轰击，在一个盛有氘代氢丙酮的小烧杯里面实现了核聚变。　　


         事情又有所不同。首先，他们认为聚变实在几千万度而不是室温条件下进行的；还有，他们不是向公众宣布自己的发现，而是撰写文章投稿给负有盛名的《科学》杂志，而文章被接受并被发表。　


      　这次事件的轰动效应远不如前面两位化学家的错误，但也闹到了国会山。期间也充斥着类似学术造假、学术偏见与压制、学术不端等攻讦与指责。当然就实验本身而言，最大的问题还是没能观测到应有的、显著超越自然本底的中子和γ辐射。对无尽能源、声望与金钱的期望中，又有人断送了自己的职业生涯。