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麻省理工发冷聚变最新研究,知名华人科学家回应
2019-05-31 18:56:05   来源:DEEPMIND   评论:0 点击:

本文转自深科技: 冷聚变研究迎来了一个重要拐点:谷歌联手麻省理工学院等研究团队决定再度发起对于“冷聚变”的研究,该研究的系列进展已经得以发布。


 Kyocera Yet-Ming Chiang

  30 年前,冷聚变的首次亮相点燃人们对超级能源的希望。英国南安普顿大学的和 Martin Fleischmann、美国犹他大学的 Stanley Pons 公开宣布,在用钯阴极电解重水时观测到了难以用化学反应来解释的大量热产生。他们用氘氘聚变来解释这个常温中的“超热”现象,而氘氘聚变需要上亿度高温才能实现。两人将其称之为“冷聚变”。
 
  也就是说,这种冷聚变颠覆了核聚变必须在超高温下才能进行的传统认知,这意味着它可能创造无限的无碳能源,煤炭、石油等一切其他能源将成为过去时。也正因此,这个研究得到了全世界的关注和热议,许多科学家开始重复二人的实验,但“冷聚变”却没再出现过,例如自那以后,美国能源部的两份评估报告都没有发现这种现象的证据。
 
  由于无法重复,两位宣称发现“冷聚变”的科学家也因此被认为是“骗子”。之后两人亦关闭了实验室,退出科学界。“冷聚变”成为人类科学史上最具争议的一段公案,这个话题被搁置了 30 年 (相比之下,科学家对“热”聚变的研究一直在持续,包括与将聚变技术商业化的 SPARC 公司合作。)
 
但小范围内,还是有人在进行相关的研究。到了 2015 年,谷歌开始资助有争议的冷聚变科学实验。由谷歌资助的科学家团队,希望通过科学严谨的同行评议,重新探讨冷聚变的可能性。最近发表在 Nature 上的一份进展报道,也首次公开描述了该团队的相关研究。
 
  这个团队包括来自各个合作机构的大约 30 名研究生、博士后和科学家,所有人都可以访问彼此的数据和设备,并可以相互审查对方的工作。虽然他们还没有发现任何有关实现冷聚变的证据,但他们确实发现了有关金属-氢相互作用的新见解,这种相互作用可能会影响低能量的核反应。研究小组仍然对冷聚变的研究很感兴趣,并希望他们的研究能激励其他科学界的人士为这一领域贡献数据。
 
  研究人员称这些科学技术可能有益于能源研究。尽管冷聚变仍然未能实现,该团队还是希望他们的工作能激励其他人重新审视冷聚变实验。
 
  谷歌研究项目经理 Matthew Trevithick 说:“这不仅仅是对冷聚变的追求,如果是这样的话,我们不可能对这个团队保持这么长时间的兴趣。”Trevithick 说,谷歌耗资 1000 万美元支持这个项目,一个目标是在缺乏可靠科学数据的领域严格测试冷聚变。另一个目标是在具有挑战性的实验条件下推广研究方法。但他补充称:“我们的兴趣之一,肯定是取得巨大的研究成果。“
 
  团队探索了三种用来产生冷聚变的实验装置。两种涉及钯金属和氢,另一种涉及金属粉末和氢。三种装置都没有发现冷聚变的证据。在过去的两年里,这些研究结果发表在了 12 篇论文中:9 篇发表在同行评审的期刊上,3 篇发表在 arXiv 预印本服务器上。
 
  一些科学家对谷歌项目带来的详细成果表示欢迎。但英国牛津大学理论物理学家 Frank Close 表示,科学主流回避这一话题有充分的理由:没有人能够独立重现这一发现,并且找出更有价值的话题。Close 说:“理论上冷聚变是不可能的,而且有大量成熟的科学研究也表明,冷聚变是不可能的。”1989 年 Close 参与了重现最初实验。
 
  这支团队中的一名重要参与者,正是来自麻省理工学院的蒋业明教授。蒋业明不但是全球材料科学领域的权威专家,也是电池、材料创新的领导者,曾经先后创办过 A123、桌面金属、24M 等业内著名初创公司。在接受麻省理工学院官网采访时,蒋业明亦回应了几个关键问题,尤其是在为何选择加入冷聚变研究以及目前所取得的进展上,以下为对话全文:
 
问:为何加入这个许多人都不会考虑的项目?
 
  蒋业明:2015 年春天,Google Research 的高级项目经理 Matt Trevithick 找到了我,他非常谨慎,一开始甚至有点挑刺,然后他问了我一个问题——你对冷聚变怎么看。我对他的回答是,我对它的科学价值没有任何看法,因为在 1989 年,当冷聚变失败时,我正在全力研究高温超导体,它也在 1986 年至 1987 年失败了。我们在实验室里对这个课题进行了大量的研究,并且和麻省理工学院的合作者们成立了一家公司。所以冷聚变的成功和失败,我是可以理解的。然后 Matt 问我是否对这个感兴趣。
 
  谷歌招募这个团队时,没有规定我们做什么,而是让我们找感兴趣的事情去做。我们写的提案都是经过内部审核的。我感兴趣的是电化学,尤其是固态电化学,它是一种非常强大的驱动力,可以创造出不同寻常的物质状态。我们之前已经把这个想法应用到高能电池和电化学驱动器上,这是电化学处理物质的另一个有趣的领域。
 
  这个项目是秘密进行的,不希望谷歌资助的事实成为研究的干扰。在最初的几年里,他甚至没有告诉小组的其他成员他们在实验室里进行储氢实验的真正原因。
 
团队中有一名博士后 Ariel Jackson,他在最初的提案中发挥了重要作用。后来,博士后 Daniel Rettenwander 和 Jesse Benck、研究生 David Young 加入。我们共同追求的理念是使用不同类型的电解质、液体、聚合物和陶瓷作为介质,通过电化学方式将氢注入钯金属中,以达到尽可能高的负载状态。我们还开发了一些技术,可以比以前更精确、更准确地动态测量负载。到目前为止,我们已经能够达到 H:Pd 比值为 0.96,其理论最大值为 1,测量不确定度为_+_0.02。这些结果刚刚发表在了《材料化学》(Chemistry of Materials) 杂志上,我们在这项工作中采取了十分谨慎的措施,光是论文的补充信息部分就长达 50 页。
 
 
  问:你们发现了什么? 为什么团队选择现在出版研究成果?
 
  答:Nature 杂志明确指出,到目前为止,我们还没有发现令人信服的冷聚变证据。我们的目标是严谨客观,我认为我们已经成功地避免了任何形式的“确认偏见”。然而,我们也了解到,冷聚变所需的高氘浓度比我们预想的要难得多。而且,团队的研究做出了许多其他的发现,同时也适用于其他科学领域。
 
谷歌从一开始的目标就是资助一个多机构合作的项目,然后悄无声息而又紧锣密鼓地进行,最后在同行评审的期刊上发表其研究结果。现在刚好是时候公布这个项目,告诉人们我们发现了什么,没有发现什么。这个项目我们还没有完成,很大程度上这只是一个开始。我们希望其他人加入到研究材料科学、电化学和围绕这个主题的物理学中来。
 
  问:麻省理工学院的下一步计划是什么?
 
  答:麻省理工学院的项目还在进行中,我们正在寻找新的成员加入这个团队。我们在过去三年里的研究,找到了利用电化学和材料科学创造高负载金属氢化物的新方法:钯,但也还有其他金属。我们相信,我们已经发现了某些关键点,可以让我们创建以前无法到达的状态。如果我们能控制这些物质的产生,它们将会成为其他实验中非常有趣的目标材料,这些实验将会在更广泛的项目中进行,例如,在劳伦斯伯克利国家实验室的等离子体放电装置中观察氘-氘聚变产生的中子。
 
 
大众科学对1989年冷聚变事件报道 

  挑战极限
 
 
  目前,学界认为核聚变只发生在像太阳这样的极端环境中,在这种环境下,高温和高压可以使氢原子克服相互排斥,融合成氦,并释放出巨大的能量。地球上的一些实验试图复制这一现象,但还不能产生足够的能量来弥补它们反应时所需要的大量能量。
 
原子在低温度下发生聚变的可能性是微乎其微的。但是,如果可能的话,这种现象将带来巨大的好处,因为它解决了核聚变的巨大能量需求。
 
  研究人员对三种他们认为足够可信的实验进行了追踪。在其中一个实验中,他们试图往钯中加入一定假设量的氘,这些是触发聚变所必需的。但在高浓度下,研究小组无法创造稳定的样本。
 
  上世纪 90 年代,美国物理学家声称用热氘离子脉冲轰击钯,产生了异常水平的氚 (另一种重氢同位素,仅通过核反应产生)。谷歌对核特征的分析表明,该实验没有产生氚。
 
  最后一个实验包括在富氢环境中加热金属粉末。目前一些冷聚变的支持者声称,这个过程会产生多余的、无法解释的热量,他们认为这是元素融合的结果。但是在 420 次测试中,谷歌团队没有发现所谓的热量过剩。
 
但研究人员表示,这两种涉及钯的实验都值得进一步研究。他们认为,氚实验中假设的效应可能太小,无法用现有设备测量。该团队还表示,进一步的工作可以在极高的氘浓度下产生稳定的样品,这样可能会发生有趣的现象。
 
  Trevithick 说,所有的项目都推动了实验方法的前进,包括开发“世界上最好的热量计”来检测极端实验条件下轻微的热量过剩。这些可能会用于未来的测试。
 
  对于这支正在挑战极限的队伍,新西兰奥克兰大学的电化学家 David Williams 表示:“我认为科学家们做得非常好,尤其是在他们如何驾驭这个有争议的话题上”。Williams 认为,挑战测量科学的极限也很重要。Williams 的团队对最初的声明也进行过一些复制研究,但是失败了。
 
  诺丁汉大学宁波分校的电化学家 George Chen 表示,研究小组开发的装载钯的技术,也可能帮助研究人员提高电池和燃料电池的材料的储氢能力。
 
  温哥华英属哥伦比亚大学的化学家 Curtis Berlinguette 是该项目的主要研究人员之一,他对“经典”的冷聚变实验持怀疑态度。但他对这项工作感到兴奋,他认为新一代有创造力的科学家可以开发出在低温下驱动聚变反应的方法。有些人可能会对团队做出严厉的批评,但该项目只是探索了一个尚未开发的领域。由于偏见,这是科学禁区,他说。“这是我们作为科学家应该做的。”
 
 
自然杂志论文原文

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