冷核聚变和其装置E-CAT
2014-02-24 19:14:18   来源:网友博客   评论:0 点击:

下面这篇文章对冷聚变及E-CAT技术进行了比较详细的介绍。
      冷核聚变(Cold Fusion)是指在接近常温常压和相对简单的设备条件下发生的核聚变反应。核聚变反应中,多个轻原子核被强行聚合形成一个重原子核,并伴随能量释放。它的专业名称是“低能核反应”。Andrea Rossi于2011年11月8号在美国物理学家组织网上发表一篇报告,宣称他们制造出名为“E-CAT”的镍氢冷核聚变装置,已经成功实现冷核聚变,不久即将批量生产并投入实际使用。

      与传统的核聚变不同,传统核聚变主要是指氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核(氦),并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。这个过程需要克服原子之间的库伦静电力排斥作用,因此需要极在高温度下,原子运动达到极致才有可能实现氢原子的碰撞融合,同时还要将原子束缚在反应腔内保证其不外溢,通常用到的手段是强磁场约束和惯性约束,前者耗资巨大,实验室条件下虽已接近成功,但要达到工业应用还差的很远,后者首先在氢弹中实现不可靠核聚变,当时采用原子弹引爆,但现有激光束或粒子束所能达到的功率有限,加上其他种种技术上的问题,使受控惯性约束核聚变仍然是可望而不可及。
 
      大约在1984年,有两位电化学家开始关注起在低温下产生聚变的课题。一位是马丁·弗莱西曼,英国皇家学会的成员和南安普敦大学的电化学研究教授;另一位是斯坦利·庞斯,美国犹他大学的化学教授。他们设想,如果强行把两个氘(氢元素的一个变种)原子核挤进一个容不下两个原子核的小空间,这两个氘原子核就有可能发生聚合。金属钯的分子结构便提供了适合这种要求的小空间。 1989年3月23日,弗莱西曼和庞斯突然举行新闻发布会,宣称在实验室的小型装置上,用钯作阴极电解重水,实现了常温常压下的“冷核聚变”。消息传出,整个科学界似乎都乱了套,但是,始终没有人成功地重复出弗莱西曼和庞斯的实验结果,他们俩的故事也就成了科学界几乎人人皆知的反面教材。

      1989年11月,美国能源部组织成立的一个由22人组成的专家小组,在经过6个月的调查后,对冷核聚变给出了否定性的结论。美国能源部的这一报告,其影响当然超出了美国国内,对全世界这一领域的研究都带来了巨大的否定性影响。时至今日,国际权威学术刊物仍拒绝发表支持冷核聚变的实验结果。对于冷核聚变的许多进展很多人不以为然,抱着全然否定的态度。

      虽然主流科学界对冷核聚变持否定态度,但是也有许多科学家并未就此罢休,22年来,不断有人坚持探索“冷核聚变”的可能性。1989年后的十年里,美国海军实验室进行了超过200次实验,研究核反应产生的能量是否多于消耗的能量。美国麻省理工学院的彼得·哈格斯坦教授一直在进行“冷核聚变”研究;波特兰州立大学的约翰·达西教授不仅自己相信“冷核聚变”存在,还培养了一群弟子继续这项研究;意大利的奥古斯都-蒙梯大学在重复“冷核聚变”实验中还取得了不小进展;德国、日本、以色列等国的科学家也在继续这项实验,他们甚至联合起来,成立了一个“国际冷核聚变科学协会(ICCF)”,每隔一年半组织一次学术研讨会。

      2013年4月16号美国专利局授予美国海军秘书长一项名为“生成粒子的系统和方法”的专利,这是时隔24年后美国官方首次承认冷聚变技术,也是Focardi和Rossi理论的第一个官方依据。
 
 
      与传统核反应堆不同,“E-CAT”装置不用放射性铀、鈈为燃料,而是利用普通的非放射性镍和氢为原料。将极微小的镍粉颗粒放在一个容积为一升的小容器中,与一些未公开的(知识产权的原因)非放射性催化剂混合,和氢气一起加温加压,温度升到450—500摄氏度左右,即开始发生核聚变反应,同时产生大量的热能。镍和氢价格便宜,储量丰富,储存运输成本低。而“E-CAT”装置用料又非常的节省。100克镍粉至少可供10千瓦级镍氢冷核聚变装置使用半年,10千克镍粉可供兆瓦级镍氢冷核聚变装置使用半年。以煤耗357克/千瓦时计算,燃10千克镍粉即相当燃1500吨煤,二者相差15万倍。另据罗西计算,一克镍粉释放的能量相当于500桶石油。现在一磅镍价值不到20美元。因此,罗西的镍氢冷核聚变装置运行所耗燃料的价值是微不足道的。
 
      Rossi的首个原型装置于2011年下半年出现,通过将多个催化模块连接到一块可以产生更多的能量。其中一个反应器已经连续运行超过两年,为一个工厂提供全部的能源,意大利Bologna大学对该装置的研究超过一年,2011年在美国演示了1MW的系统,随后在希腊建造了1MW的发电厂。而现在(2013年5月7日),Rossi 1MW的E-CAT军用发电厂已经交付给美国佛罗里达州。通过对2011年10月份的设备进行改进,Rossi最近想美国客户提供了升级版本,并于2013年4月30号到5月1号完成了历时24小时的测试,如今设备已经运抵美国,安装调试完成后发电厂就可以并网发电。Rossi他们本以为客户会公开宣布这项合作,然而,事实上,该客户希望保持机密,Rossi表示,还有一些发电厂正在建造当中,他认为在技术的发展阶段,安全注意事项是不让公众接触的一个合理原因。

      现在只有少数接受了足够的安全培训的人员能够操作设备,在推出商品化的产品之前,需要进行大量的安全和认证测试。这次推出的工业级1 MW发电厂,包含106个独立的模块,分散了安全风险,提高的安全性能也为推出用户级设备提供了技术支持。1MW的电厂机组运行温度在102-130℃之间,每消耗1g的镍能产生23 GW/h的热量。

      Rossi试验的最小的4KW反应室E-CAT装置体积只有50ml,功率15KW的反应室体积为1L,而20KW的反应装置体积达到20L,重30Kg,通过串并联能够将E-CAT连接起来,提供给更大的功率。该些装置每隔6个月需要维护和添加新的催化剂,消耗镍和氢,反应室中的镍不会全部参加反应。0.1g镍和0.01g氢气每小时能产生10KW的热量,这里的0.1g镍是指加入反应器的而不是参与反应的量,事实上,由于概率问题,发生反应的镍相当之少。停止氢气供应或是少量氘都能够使反应淬灭停止。Rossi指出,催化剂的功能是将氢气从分子状态变成H+和H-,然后H+被Ni原子吸收,同时放出大量的热。


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