第23届国际冷聚变会议学术笔记 - 张武寿
2021-10-09 18:29:03 来源：冷聚变世界 评论：0 点击：
第二十三届国际凝聚态核科学会议（即国际冷聚变会议）已于2021年6月9 -11日顺利召开。因疫情的持续影响，ICCF-23办成了线上会议，这也是历届ICCF的第一次，主会场在厦门大学。第二十四届国际冷聚变会议ICCF24将于2022年在美国硅谷召开。
Stringham于2年前关闭了他的First Gate Lab，现在主要重新评估前30年的空化数据，他主要总结了前面的工作。最后他说“This is not the end... it's the beginning” [19,2A-IN11]。
台湾大学的黄秉钧小组的工作也是超声空化[29,3A-IN22]。他们使用蒸汽压缩机（VCS，见下图左）得到COP = 1.9的超热，且进水温度升高，COP下降（见下图右）。他认为是超声空化引起的超热，长期工作以后铜管壁受空化腐蚀而塌缩变形。黄秉钧是近年来参与冷聚变的台胞，早期参与者是新竹清华大学的陈瑞凯。
图：台大黄秉钧组的实验装置（左）及实验结果（右）。
4.3. 超密度氢
冰岛大学Olafsson介绍了超密氢（Ultra dense hydrogen，UDH）实验装置及结果[3C-PL10]。
美国的Edward Lewis早在1994年就提出微等离子体团簇（microplasmoids）的概念，他把松本高明观察到的各种径迹作为其存在的证据，这次主要讨论微等离子体团簇的辐射和健康风险[80,P-35]。难得的是他的PPT前面几页还是中英文对照的，为了照顾中文读者也是不遗余力，看文字是机器翻译的。
4.4. 嬗变
俄罗斯莫斯科国立大学的A. Kornilova与乌克兰舍甫琴科大学的V. Vysotskii合作继续研究生物核嬗变，实验是在用食品和轻工业废物组成的厌氧基上进行的，ICP-MS证明21天培养后Sr浓度明显降低而Y同位素浓度增加，是88Sr + p = 89Y反应所致。此外，还发现K浓度降低而Ca浓度增加，是39K + p = 40Ca反应所致[81,P-36]。
哈萨克斯坦Yessenov大学的Tarassenko等人认为地球内部就存在冷核聚变，地壳运动，矿物形成甚至煤、油的形成都与冷聚变有关[67,68,69]。这些年来，关于地质活动与冷聚变的关系一直有人探讨，国内的蒋崧生就研究过火山口湖的3He分布异常。但像Tarassenko这样涉及如此大范围的还不多见，实话说，步子迈得有点大，还需要更多具体证据支持。
5. 核物理探索
美国科罗拉多山学院的Bowen（女）考虑核子之间夸克的电磁作用来解释核结构和结合能[26,3A-IN19]，这是他系列论文的第二部分，第一分部分发表在ICCF-22的会议文集中。夸克是组成质子和中子的基本粒子，用量子色动力学描述，但多年来描述核相互作用的多是各种经验模型，这也是笔者一直奇怪的事情，把量子色动力学应用于核物理是物理的自然发展，她的结果是值得关注的。在她的另一篇墙报中，讨论了夸克质量比核子高2个量级的问题并指出传统解释存在的困难[44,P-1]。
爱沙尼亚的Plekhanov（普列汉诺夫）指出虽然早在1935年汤川就提出核作用是短程（~ 1 fm）势，但实验上从来没有直接验证过。而核强相互作用既是量子色动力学（QCD）的核心也是标准模型（SM）的一部分。根据标准模型，核力是夸克结合形成质子和中子的强力的结果。它的剩余部分将质子和中子结合在一起形成原子核。在核物理学和高能物理学中有一个共同点，即强力不作用于轻子。但Plekhanov的非加速器实验结果违反了这个结论。他研究2 K低温下LiH（Eg = 4.992 eV）（氢核内无强相互作用）和LiD（Eg = 5.095 eV）（氘核内有强相互作用）的反射和发射光谱，两个晶体只差一个中子。 LiD晶体中无声子自由激子发射线的同位素位移（0.103 eV）是轻子长程核相互作用的直接表现。此外，LiD 晶体具有最大的强耦合常数，估计其数值为 2.4680。中子内夸克与轻子长程相互作用的主要机制是磁作用。此外，他测量了核力对氘核内核子间距离的依赖性，它具有非线性特征，这是汤川作用的直接观测验证。[77,P-32]
巴西能源与核研究所的Luciano Ondir Freire的一篇墙报是关于核模型的，认为核相互作用范围超过2 fm，需要重新考虑[56,P-13]。国内的陈阳也提出过类似思想，但尚未整理成文。会上Freire很活跃，经常提问。
荷兰的Kaal及德国、美国等4人提出结构化原子模型（Structured Atom Model，SAM）[33,2B-OR04]，其核心内容是中子非独立粒子而是质子和电子结合体，以此为基础重新建立整个原子核理论，他们构造的原子核也不是液滴形，而是如高分子一般形成各种复杂构型。
Hatt用类似化学键的方法研究核结合能，把核内相互作用分为a键、氘键、氚键、He-3键、NN键等，并以Ni和Cu同位素为例进行了计算和与实验值的比较[41,3B-OR12]。
后两组结果明显游离于物理学主流之外，录以备考。
6. 材料研究
中科院大化所的陈萍介绍了复杂过渡金属氢化物（complex transition metal hydrides）[1,PL-02]，这类氢化物的结构式为Ax[TMHn]y（其中A是碱金属或碱土金属，TM是过渡金属），如1989年发现的Li2[PdH2]等。到2005年，共发现了127种复杂过渡金属氢化物，包含47种结构。作者重点介绍了Li-Pd-H、Ca-Pd-H和Li-Fe-H三种材料的特点及自己的研究。笔者以为， Pd阴极电解重水可能会涉及Li-Pd-H，而Rossi型Li-Ni-H系统可能也涉及类似的材料，此外合金吸氢材料的冷聚变效应明显强于单质，在研究中注意该类材料而不仅仅是Pd-H和Ni-H的特点也许有助于理解冷聚变。
厦大詹东平（第一作者何权烽）报道了氢原子在石墨烯表面的电吸附[16,1B-IN-08]，因为从未发现H在C上的欠电位沉积（UHD），所以传统电化学实验中石墨、玻璃碳等含碳材料广泛作为惰性电极。但他们发现通过Pt催化剂可实现“溢流-表面扩散-化学吸附”，H/C可达0.875。通过调整循环伏安法中扫描速率和温度等参数，可获得H在石墨烯表面的扩散系数和活化能等参数。日本的荒田吉明一直认为Pd/ZrO2纳米体系的超热与氢的溢流效应有关，冷聚变实验中常用的Ni本身吸氢能力并不强，如果含Ni的多元合金或混合物也有类似机理，那么对冷聚变的了解就进了一步，当然这需要针对性研究。
厦大胡晟介绍了二维结构材料的同位素效应[17,1C-IN9]，特别是氧化石墨烯（GO）在电化学过程中的同位素分离因子可达10以上，商业化后可大幅度降低制备氘的成本。核工业及冷聚变的应用不免会大量使用氘，该技术会十分有用。
美国布里渊能源公司的Tanzella特别介绍了太赫兹光谱和成像方法研究材料的微观结构 [4,2A-PL06] ，该技术可达到 nm级空间分辨率，用于分辨晶格边界和吸氢后的尺寸变化。
田中群的技术思路是这样的，冷聚变发生在纳米级材料中，即使是宏观材料也发生在纳米尺度上，现在冷聚变重复性低的一个原因就是无法锁定具体的纳米尺度和构型，如果能把纳米材料尺寸准确到原子个数，发挥其容易制作的长处，那么在此基础上重复冷聚变就会容易很多。为此他们发展了金单晶表面制作1、3、5层钯膜的技术并对单晶纳米钯膜的吸氢性能进行了循环伏安和拉曼光谱表征，下图左所示是Pd膜拉曼谱线，只有Pd吸H后才有，吸D后结果不变，下图右是Pd、PdH和PdD声子能谱的计算结果，180 ~ 190波数的声子谱起源需要进一步研究[43,3C-OR14;85,P-39]。
巴西能源与核研究所的Luciano Ondir Freire的一篇墙报是关于核模型的，认为核相互作用范围超过2 fm，需要重新考虑[56,P-13]。国内的陈阳也提出过类似思想，但尚未整理成文。会上Freire很活跃，经常提问。
荷兰的Kaal及德国、美国等4人提出结构化原子模型（Structured Atom Model，SAM）[33,2B-OR04]，其核心内容是中子非独立粒子而是质子和电子结合体，以此为基础重新建立整个原子核理论，他们构造的原子核也不是液滴形，而是如高分子一般形成各种复杂构型。
Hatt用类似化学键的方法研究核结合能，把核内相互作用分为a键、氘键、氚键、He-3键、NN键等，并以Ni和Cu同位素为例进行了计算和与实验值的比较[41,3B-OR12]。
后两组结果明显游离于物理学主流之外，录以备考。
6. 材料研究
中科院大化所的陈萍介绍了复杂过渡金属氢化物（complex transition metal hydrides）[1,PL-02]，这类氢化物的结构式为Ax[TMHn]y（其中A是碱金属或碱土金属，TM是过渡金属），如1989年发现的Li2[PdH2]等。到2005年，共发现了127种复杂过渡金属氢化物，包含47种结构。作者重点介绍了Li-Pd-H、Ca-Pd-H和Li-Fe-H三种材料的特点及自己的研究。笔者以为， Pd阴极电解重水可能会涉及Li-Pd-H，而Rossi型Li-Ni-H系统可能也涉及类似的材料，此外合金吸氢材料的冷聚变效应明显强于单质，在研究中注意该类材料而不仅仅是Pd-H和Ni-H的特点也许有助于理解冷聚变。
厦大詹东平（第一作者何权烽）报道了氢原子在石墨烯表面的电吸附[16,1B-IN-08]，因为从未发现H在C上的欠电位沉积（UHD），所以传统电化学实验中石墨、玻璃碳等含碳材料广泛作为惰性电极。但他们发现通过Pt催化剂可实现“溢流-表面扩散-化学吸附”，H/C可达0.875。通过调整循环伏安法中扫描速率和温度等参数，可获得H在石墨烯表面的扩散系数和活化能等参数。日本的荒田吉明一直认为Pd/ZrO2纳米体系的超热与氢的溢流效应有关，冷聚变实验中常用的Ni本身吸氢能力并不强，如果含Ni的多元合金或混合物也有类似机理，那么对冷聚变的了解就进了一步，当然这需要针对性研究。
厦大胡晟介绍了二维结构材料的同位素效应[17,1C-IN9]，特别是氧化石墨烯（GO）在电化学过程中的同位素分离因子可达10以上，商业化后可大幅度降低制备氘的成本。核工业及冷聚变的应用不免会大量使用氘，该技术会十分有用。
美国布里渊能源公司的Tanzella特别介绍了太赫兹光谱和成像方法研究材料的微观结构 [4,2A-PL06] ，该技术可达到 nm级空间分辨率，用于分辨晶格边界和吸氢后的尺寸变化。
田中群的技术思路是这样的，冷聚变发生在纳米级材料中，即使是宏观材料也发生在纳米尺度上，现在冷聚变重复性低的一个原因就是无法锁定具体的纳米尺度和构型，如果能把纳米材料尺寸准确到原子个数，发挥其容易制作的长处，那么在此基础上重复冷聚变就会容易很多。为此他们发展了金单晶表面制作1、3、5层钯膜的技术并对单晶纳米钯膜的吸氢性能进行了循环伏安和拉曼光谱表征，下图左所示是Pd膜拉曼谱线，只有Pd吸H后才有，吸D后结果不变，下图右是Pd、PdH和PdD声子能谱的计算结果，180 ~ 190波数的声子谱起源需要进一步研究[43,3C-OR14;85,P-39]。
图：4单层Pd膜沉积在Au(111)上的SERS（左）和Pd-H(D)的声子谱（右）。
长春大学刘洋（卢歆组）用低温充H的方法实现高的H/Pd，可用于超热实验[76]。
7. 量热研究
笠木治郎太（J. Kasagi）等采用通过TMHK-CLE1350测量中红外波长(3 ~ 5.5 μm)，滨松FTIR C15511光谱仪测量近红外波长(1.5 ~ 2.5 μm)，滨松C10027测量可见光(0.3 ~ 0.9 μm)，由此确定辐射光谱，再计算总辐射热功率[24,IN-18]。与Rossi在Lugano实验中所用辐射量热法相比，技术更加细致，结论也更可信。
图：东北大学使用的辐射量热法原理（上）和实际测量波长在辐射谱中的位置（下）。
长春理工大学王兴业（属田坚组）介绍了塞贝克量热计的误差问题，当充氢反应釜压力低至105 Pa时输入259 W，会有2.9 W的伪超热信号，见下图[42,OR-13]。他们的量热计是笔者设计的，根据过去经验，主要问题是抽真空和充氢的管路太粗，导致部分热量通过管道逸出，低气压时气体热传导降低，导致量热计测到更高比例的热信号，所以显示“超热”。当然，这只是笔者推论，需要用不同气体，气压进行不同功率对比和管路散热计算来确定其误差来源。
图：长春理工所用量热计中“超热”随气压的变化。
我们也介绍了提高量热计灵敏度和卷积降噪技术，该技术通过在冷却管路上设置比量热腔体积小很多的参考池来侦测温度变化，利用卷积技术提前预测待测样品热信号波动，从而消除恒温流体温度变化带来的噪声，可把塞贝克量热计分辨率提高2个量级，如下图所示[72,P-27]。
图：我们使用卷积降噪技术可大幅度提高塞贝克量热计分辨率。
另外，张航使用自己搭建的塞贝克量热计时发现200个热电模块串联时信号容易出现不稳定，但把四个热电模块并联然后再串联后信号稳定了很多，如下图所示，当然这样要牺牲些仪器灵敏度。
图：张航使用并联加串联连接热电模块后塞贝克量热计信号变稳定。
Swartz使用形状记忆合金镍钛诺（Nitinol）受热后形变产生的力来量热，相应的仪器常数为0.17~ 0.25 mN/W[2,3A-IN17]，从灵敏度、可靠性等综合因素而言，这种测量方法目前尚无显著优越性。
8. 理论研究
8.1. 唯象研究
Nagel理论上讨论了各种冷聚变的激发方法和输出信号，其总结如下表A所示[18,2A-IN10]，他还罗列了各实验小组得到的超热的活化能，结果如下表B所示。
表A：Nagel总结的冷聚变激发和测量信号。
表B：Nagel总结出各小组的活化能（本表格是笔者总结的，原文只是罗列结果）。
| 作者 | 体系 | 活化能eV/atom |
| Fleischmann 1992 | Pd-D | 0.40 |
| 清华1997-1999 | Pd-D | 0.56 |
| Storms 2016 | Pd-D | 0.14 |
| Letts 2004 | Pd-Au-H | 0.949 |
| Parkhomov | Ni-H | 0.725 |
| Mizuno R19 | Ni-Pd-H | 0.166 |
Nagel在另一篇报告中讨论冷聚变发生的位置和方式，他讨论了材料中的0维、1维、2维和3维缺陷成为核反应位点的各种可能性，对于反应方式，他倾向于Kalman的理论（如Phys. Rev. C 99 (2019) 0546210 ）[36,3A-OR07]。
巴西能源与核研究所的Luciano Ondir Freire的一篇墙报是关于冷聚变反应的唯象模型，将反应过程与链式反应相比拟，用有效增值系数来表征[54,P-11]。
8.2. 声子作用、场增强、相干态
美国MIT的Hagelstein还在继续发展他的声子-核作用理论，其特点是核反应能量变化必须与声子耦合才能发生，所以只有某些基体金属或杂质的能级能满足这些条件而发生核反应[7,2C-PL-08]。
厦门大学丁松园基于李兴中的复库伦势和Dubinko的金属的局域非谐振动模型[28,3A-IN21]，计算了PdD和PdH的非谐声子谱，试图建立局域非谐振动与表面声子发射之间的联系，从而理解冷聚变的热激发等过程。他们最近发展出激光快速加热纳米粒子的技术，希望能在理论与实验之间建立桥梁。
美国的Seccombe也有类似的思路，在ICCF-22报告的基础上继续讨论声子辅助聚变[37,3A-OR08]。类似于固体物理中的自由电子近似，在含氘固体中存在10-4（具体占比取决于温度等参数）的自由氘，自由氘受比电子德布罗意波长短得多的德拜长度所中和，空间幅度只有40 pm，D-D排斥可忽略。结果就是形成尺度为40 pm的复合核激发态，此激发态可转变为各种核产物。
日本京都大学的田边克明（K. Tanabe）继续讨论金属表面的场增强[14,1B-IN06]，以前十几年的工作是理论计算，表明微波可在金属表面，纳米金属和纳米金属/氧化物表面形成很强的场增强效应。笔者以为该理论可用于理解日本联合实验结果特别是氧化物的作用。他们在尝试的实验中虽然也观察到异常温升及伴随的中子和质量数为3和4的质谱信号，但结果还是初步的，其后续进展值得关注。
意大利INFN的Bartalucci与乌克兰的Vysotskii合作[38,3B-OR09]，发展Vysotskii的相关相干量子态（correlated-coherent quantum states，CCS）模型，其中最重要的特点是把海森堡不确定性原理扩展为Schrödinger-Robertson不等式：(Dx)2 (Dp)2 ³ ℏ/[4(1 - r2)]，其中r是相关因子，当r趋近1时库仑势垒中的伽莫夫因子也要乘以1/(1 - r2)，结果是势垒贯穿更容易，他们宣称已在锂靶实验上验证了该理论（Bartalucci et al, Phys. Rev. Acc. and Beams 22 (2019) 054503 ）。在另一篇报告中，Vysotskii专门讨论了宇宙中锂丰度异常问题（大爆炸合成理论的7Li观测值是预测值的1/3，6Li观测值是预测值的300~ 500倍）[39,3B-OR10]，认为第一代恒星（大爆炸后100亿年内）的锂产率是正常的，只是新一代恒星的对流和辐射转换区中形成了相关相干量子态，导致锂同位素产率发生变化。CCS理论是Vysotskii于2013年提出的，他说该理论不仅可解释冷聚变也可以解释生物核反应（这是Vysotskii多年的工作）。
MIT的 Metzler（中文名傅睿恩）的一篇墙报也说明了相干性在理解冷聚变机制中的重要性[82,P-37]。
美国的Seccombe也有类似的思路，在ICCF-22报告的基础上继续讨论声子辅助聚变[37,3A-OR08]。类似于固体物理中的自由电子近似，在含氘固体中存在10-4（具体占比取决于温度等参数）的自由氘，自由氘受比电子德布罗意波长短得多的德拜长度所中和，空间幅度只有40 pm，D-D排斥可忽略。结果就是形成尺度为40 pm的复合核激发态，此激发态可转变为各种核产物。
日本京都大学的田边克明（K. Tanabe）继续讨论金属表面的场增强[14,1B-IN06]，以前十几年的工作是理论计算，表明微波可在金属表面，纳米金属和纳米金属/氧化物表面形成很强的场增强效应。笔者以为该理论可用于理解日本联合实验结果特别是氧化物的作用。他们在尝试的实验中虽然也观察到异常温升及伴随的中子和质量数为3和4的质谱信号，但结果还是初步的，其后续进展值得关注。
意大利INFN的Bartalucci与乌克兰的Vysotskii合作[38,3B-OR09]，发展Vysotskii的相关相干量子态（correlated-coherent quantum states，CCS）模型，其中最重要的特点是把海森堡不确定性原理扩展为Schrödinger-Robertson不等式：(Dx)2 (Dp)2 ³ ℏ/[4(1 - r2)]，其中r是相关因子，当r趋近1时库仑势垒中的伽莫夫因子也要乘以1/(1 - r2)，结果是势垒贯穿更容易，他们宣称已在锂靶实验上验证了该理论（Bartalucci et al, Phys. Rev. Acc. and Beams 22 (2019) 054503 ）。在另一篇报告中，Vysotskii专门讨论了宇宙中锂丰度异常问题（大爆炸合成理论的7Li观测值是预测值的1/3，6Li观测值是预测值的300~ 500倍）[39,3B-OR10]，认为第一代恒星（大爆炸后100亿年内）的锂产率是正常的，只是新一代恒星的对流和辐射转换区中形成了相关相干量子态，导致锂同位素产率发生变化。CCS理论是Vysotskii于2013年提出的，他说该理论不仅可解释冷聚变也可以解释生物核反应（这是Vysotskii多年的工作）。
MIT的 Metzler（中文名傅睿恩）的一篇墙报也说明了相干性在理解冷聚变机制中的重要性[82,P-37]。
分享到：
收藏
收藏
评论排行
- ·黑光能源公司 BlackLight Power, In...(4294967281)
- ·冷聚变技术可以结束当前的雾霾天气吗？(13)
- ·布里渊能源技术公司的CECR技术简介(9)
- ·Defkalion公司的5千瓦Hyperion冷聚变反应堆(8)
- ·截止2014年国内外冷聚变研究现状(8)
- ·美军宣称已成功将海水直接转化为燃料(8)
- ·关于近期对E-CAT真实性质疑的问题(8)
- ·中核研究院成功复制镍氢冷核聚变装置E-CAT(7)
- ·美预言家预测人类在未来18个月内实现冷...(6)
- ·黑光能源公司宣布改变能源领域游戏规则...(6)
- ·镍氢电能（E-CAT)研究中心落户天津(6)
- ·工业热力公司公告称罗西起诉没有任何价值(6)
- ·空中客车公司对冷核聚变研发感兴趣(5)
- ·1升水能让汽车跑5000公里(4)
- ·冷聚变开拓者：马丁. 弗莱希曼 和 斯...(4)
- ·世界上第一台冷聚变装置E-CAT的研发历程(4)
- ·冷聚变是伪科学吗？(4)
- ·冷聚变将引发环保和新能源技术新的革命(4)
- ·德国EGM公司的水基燃料技术(4)
- ·英国国防部最新报告：冷聚变技术将来会...(4)