冷核聚變

冷核聚變是指：在相對低溫（甚至常溫）下進行的核聚變反應，這種情況是針對自然界已知存在的熱核聚變（恆星內部熱核反應）而提出的一種概念性‘假設’，這種構想將極大的降低反應要求，可以使用更普通而且簡單的設備，同時也使聚核反應更安全。冷核聚變雖然提出多年，但卻一種備受質疑，詞條詳細介紹了冷核聚變的定義、提出以及相關的實驗。

基本介紹

• 中文名：冷核聚變
• 外文名：Cold fusion
• 條件：在相對低溫（甚至常溫）下
• 特點：並伴隨能量釋放
• 優點：極大的降低反應要求
• 首次提出時間：1983年3月
• 概念提出人：M.Fleishmann和 S. Pon
• 領域：核能技術

定義

冷核聚變是指在接近常溫常壓和相對簡單的設備條件下發生核聚變反應。核聚變反應中，多個氫原子核被強行聚合形成一個重原子核，並伴隨能量釋放，也稱為低能量核反應（low energy nuclear reactions, LENR）。

冷核聚變是指在相對低溫（甚至常溫）下進行的核聚變反應，這種情況是針對自然界已知存在的熱核聚變（恆星內部熱核反應）而提出的一種概念性‘假設’，這種構想將極大的降低反應要求，可以使用更普通而且簡單的設備，同時也使聚核反應更安全。

既然極端的高溫是產生聚變能的障礙，人們自然要探索其他或許能導致聚變的途徑。是否存在著不依賴於像太陽中心那樣的條件也能使原子核發生聚變的其他過程？幾十年過去了，人們對這個問題有過大量的探索，但一直沒有結果。

提出

1983年3月，二位科學家，M.Fleishmann和 S. Pon聲稱在試管里用電化學手段引發了核聚變，這在當時全世界的科學界引起了巨大的轟動，原因在於：

第一，若常溫核聚變（ 或冷核聚變）真的存在，這無疑是一個重大的事件。這是因為近半個多世紀以來，科學家們一直探索著用氘、氚（ 重水、超重水）聚變來作為能源的一個來源的主攻方向。 但實現這一聚變反應有兩大難點，首先實現這一反應必須在超高溫、超高壓的環境下進行，這就決定了首先必須向聚變物提供足夠的“ 外來”能量，才能“觸發”聚變反應，而且既然是在高溫、高壓條件下，這就大大增加了反應裝置的整體體積和複雜性，使提取能源的成本大大增加。普通的熱核聚變一旦發生聚變反應，其反應“ 速度”和能量釋放的“可控性”是迄今沒有得到解決的難題。 從以上這些足以說明，若冷核聚變的確存在，其巨大意義是難以想像的，這首先可大大簡化反應裝置，降低成本。其能量釋放的可控性較之於熱核聚變的可控性要容易得多。

第二，這一冷核聚變無論從反應條件還是從反應產物來說都是與現有的熱核聚變反應條件和產物相矛盾。一般熱核聚變反應的產物都會有中子和γ射線放出，但大多數已公布的冷核聚變，其聚變產物要么沒有中子和γ 射線放出，要么其產生的過熱釋放與中子、γ射線等反應產物不相匹配。

綜上所述，冷核聚變與人們已習知的熱核聚變無論從反應條件還是反應產物來說都存在著尖銳的對立。換言之，被稱之為冷核聚變的這種現象，無法在傳統物質狀態和核物理學的框架內給出解釋。

也就是在這一背景下，1989年11月，美國能源部組織成立的一個由22人組成的專家小組，在僅經過6個月的調查後，對冷核聚變給出了否定性的結論，其中最重要的兩條調查結論，其原文內容是：（1）”迄今為止所進行的有過熱放出的實驗結果不能提供令人信服的證據來說明，這種被稱之為冷聚變的現象可以作為能量的一種有用的來源。”（2）“被稱之為冷核聚變的這一新的核反應過程的發現，其給出的證據是不令人信服的。”美國能源部的這一報告，其影響當然超出了美國國內，對全世界這一領域的研究都帶來了巨大的否定性的影響，明顯地阻礙了這一研究的進展。

龐斯實驗

簡介

有關冷核聚變最著名的事件是1989年的弗萊西曼-龐斯實驗，由於這個當時引起轟動的實驗沒能夠重現，20年來一直被視作科學研究的反面典型之一。

1989年3月23日，美國猶他大學的彭斯和英國南安普敦大學的弗萊西曼舉行新聞發布會，宣稱在實驗室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實現了常溫常壓下的“冷核聚變”。但是，世界各地1000多個實驗室始終沒有人成功地重複出彭斯和弗萊什曼的實驗結果，最終否定了這一成果。他們倆的故事也就成了科學界幾乎人人皆知的反面教材。這個科學史上的醜聞是科學發展過程中操之過急以及過度炒作的典型例證。

不過，根據Physicsworld報導，上周日本知名科學家，大阪大學名譽教授荒田吉明(あらた·よしあき)在媒體前公開展示了他最新的研究成果，在常溫條件下將氘氣變成氦。

將氘氣壓入鈀鋯氧化物（ZrO₂-Pd）後，反應容器的溫度上升到70攝氏度，並且長期處於遠高於室溫的狀態達50個小時。據稱這些熱量便是來自冷核聚變反應。

全世界許多科學家已經開始密切關注此次實驗，稍後會有更詳細的報導。

研究過程

曾被禁閉

弗萊西曼-龐斯實驗中的兩位化學家的發現激起了全世界無數科學家的興趣，紛紛開始在實驗室里重複這項實驗。然而，實驗的結果非常令人沮喪，沒有一個科學家能夠再次觀察到室溫條件下核聚變的發生。人們開始失望，並逐漸轉化為對這兩位化學家誠信的懷疑。在弗萊希曼博士和龐斯博士的實驗完成半年之後，美國能源部根據許多失敗的實驗寫了一份報告，正式否定了這項轟動一時的科學發現，結論為兩位科學家測量錯誤和為獲取研究資金的不恰當動機。

許多科學家雖然也批評弗萊希曼博士和龐斯博士數據記錄不完備，沒有事先向同事徵求足夠的意見。但多數人認為，實驗的缺憾不應抹殺這一研究的重要意義。“冷核聚變”的問題既有系統性的，也有技術性的，其中系統層面包括研究機構和媒體的認識不足，研究資金支撐不夠等。技術層面包括沒有合適的測量儀器，缺乏對材料的系統分析和完整的實驗記錄，以及苛刻的重複實驗條件等。時隔15年，一些以前不具備的條件現在已經逐漸得以完善，因此，一些科學家認為，現在到了對“冷核聚變”進行重新評估的時候了。

美國著名科技評論家羅伯特·派克一直批評能源部草率否定“冷核聚變”，稱“冷核聚變”雖然有不少“信徒”，但事實一直沒有弄清。這些年科學家不斷撰文，呼籲政府重新進行評估，柯林頓政府時期的能源部科學辦公室主任米德蘭德·苔絲豪斯也支持對“冷核聚變”開展重新評估，認為“科學研究應該是開放的”。能源部現已同意最遲在2005年初完成這項全面的評估，給“冷核聚變”一個比較客觀的定性。

爭議不斷--主流科學家否定但探索並未終止

儘管1989年宣稱實現冷核聚變的龐德已放棄美國國籍、移民到法國，而弗里施曼也已退休。但目前大多數主流科學家仍對冷核聚變持否定態度。普林斯頓大學教授哈波說：“這些人（研究冷核聚變的人）是不夠格的笨蛋。”IBM公司沃森研究中心退休核物理學家加爾文，曾任能源部首次調查小組成員。他討厭冷核聚變，他訪問過很多從事冷核聚變的實驗室，發現一些做實驗的人犯了很多基本的錯誤。1993年，他訪問了麥庫伯里實驗室後，並未發現麥庫伯里的實驗有什麼重大的過錯，僅看到諸如設備假信號、簡單的測量誤差等可能的問題。加爾文還說，他對調查哈基爾斯坦的理論不感興趣。他說：“聰明的理論可以解釋任何事情，甚至能解釋錯誤。”

美國物理學會公關部主任帕克也說：“我不去參加有關冷核聚變的會議，以及閱讀冷核聚變的文獻。因為這純粹是浪費時間。”

雖然主流科學界對冷核聚變持否定態度，但是也有許多科學家並未就此罷休，15年來，不斷有人繼續探索“冷核聚變”的可能性。美國麻省理工學院的彼得·哈格斯坦教授一直在進行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學的約翰·達西教授不僅自己相信“冷核聚變”存在，還培養了一群弟子，繼續這項研究；義大利的奧古斯都－蒙梯大學在重複“冷核聚變”實驗中還取得了不小進展；德國、日本、以色列等國的科學家也在繼續這項實驗，他們甚至聯合起來，成立了一個“國際冷聚變科學協會（ICCF）”，每隔一年半組織一次學術研討會。

研究背景

核能可以通過兩種不同的過程釋放出來，即裂變和聚變。裂變是使原子核分裂，它就是商業核電力和簡單核子彈的能源。聚變過程是兩個氫原子核發生碰撞，從而聚合在一起。因為原子核具有電荷相互排斥，所以要得到聚變反應是極端困難的。只有在超常的高溫下，原子核才會發生聚變。在太陽的中心和在氫彈中，發生的就是聚變。在氫彈中，是利用簡單的裂變核子彈產生的大量熱能來使氫原子核聚合。科學家們積極研究，已經提出一些利用高溫聚變所產生的能量的方案，但是，由於達到必要的高溫十分困難，更由於那樣的高溫難於維持，這樣的目標至今未能實現。然而，受控聚變動力的這一前景，卻一直吸引著關注我們世界能源需求的許許多多的科學家和工程師。

早先有關裂變的研究一直集中在需要極高溫度的方法。大約在1984年，有兩位電化學家開始關注起在低溫下產生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國皇家學會的成員和南安普敦大學的電化學研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國猶他大學的化學教授。他們構想，如果強行把兩個氘（氫元素的一個變種）原子核擠進一個容不下兩個原子核的小空間，這兩個氘原子核就有可能發生聚合。金屬鈀的原子結構便提供了適合這種要求的小空間。

為了把氘核擠入鈀金屬的晶格中，他們製作了一個電解槽，電解槽里的重水中有所需要的氘原子，而電解槽的陰極是用鈀製成的。他們的假說是：電流從陽極向陰極的運動會迫使氘原子核從重水移入鈀的晶格，從而在那裡發生聚變。因為這種聚變將會是在接近室溫的條件下發生，比起在極高溫度下發生的聚變，它是“冷的”。而查明聚變發生的主要線索是兩個跡象：一是，發生聚變應產生的輻射，這可以通過測量放射性粒子即中子的數量來加以確定；另一個是，電解槽所產生的能量應當肯定大於提供給電解槽的電能，這可以通過測量溫度來加以確定。

最新進展

義大利科學家安德烈-羅西稱

2011年11月8日訊息，義大利物理學家安德烈-羅西稱，他已經設法成功實現“冷聚變”，這一過程能在不產生有害輻射物的情況下，生產出大量安全核能，它有望解決全球能源危機問題。

羅西表示，他的新機器能在室溫環境下使鎳和氫發生聚變，產生近乎無窮無盡的能量。但是目前存在的一個問題是，很多科學家認為它有違物理學原理。過去的幾項“冷聚變”試驗均被證實是個騙局，迄今為止仍沒有人能夠充分解釋清楚冷聚變的工作原理，以及它為什麼會產生作用。美國能源部專利辦公室表示，這一過程根本不可能實現，因為物理學排除了室溫核聚變的可能性。但是羅西稱，他的E-Cat機器能夠實現冷聚變，並稱上個月他在博洛尼亞大學的試驗中已經證實它能產生作用。

他說：“通過較低能量，可以給加熱器注入一定數量的能量，並從同一台加熱器中獲得更多能量。最初的能量是由電阻產生的。然後反應堆在接下來的3到4小時內不需輸入最初的電能，就能再生產479千瓦時能量，這種低水平的核反應會自動繼續下去。我們通過消費者進行的測試，其目的是看一看該過程是否能正常產生作用，以及產出能量是否會超過供應給該系統的能量。我們不想多說什麼，只想制定合理的計畫，讓事實證明一切，消除人們的疑慮。”冷聚變的想法20世紀20年代由奧地利科學家弗里德里希-帕內特和庫爾特-彼得斯提出。

據羅西介紹，E-Cat裝置可以根據設計功率的不同，隨意進行配置。這次進行公開測試的E-Cat裝置，包括一個不鏽鋼反應容器，置於一個銅管內部，水流經銅管和不鏽鋼反應器的夾層。設定了水和氫氣的進口。通過銅管外纏繞的電阻流經的電流給反應器充電，當達到一定溫度的時候，反應器開始工作。
實驗結果產生了大概持續6個小時的穩定於4.69千瓦的能量供應。另外，需要輸入能耗大概是330瓦，其中30瓦用於該設備的電子控制部分。能耗比這個裝備產能的十五分之一還要小。
與傳統核反應堆不同，“E-CAT”裝置不用放射性鈾、鈈為燃料，而是利用普通的非放射性鎳和氫為原料。將極微小的鎳粉顆粒放在一個容積為一升的小容器中，與一些未公開的（智慧財產權的原因）非放射性催化劑混合，和氫氣一起加溫加壓，溫度升到450—500攝氏度左右，即開始發生核聚變反應，同時產生大量的熱能。鎳和氫價格便宜，儲量豐富，儲存運輸成本低。而“E-CAT”裝置用料又非常的節省。100克鎳粉至少可供10千瓦級鎳氫冷核聚變裝置使用半年，10千克鎳粉可供兆瓦級鎳氫冷核聚變裝置使用半年。以煤耗357克/千瓦時計算，燃10千克鎳粉即相當燃1500噸煤，二者相差15萬倍。另據羅西計算，一克鎳粉釋放的能量相當於500桶石油。現在一磅鎳價值不到20美元。因此，羅西的鎳氫冷核聚變裝置運行所耗燃料的價值是微不足道的。

傳統核反應堆為了防核輻射外泄，外殼需要幾米厚的鐵和鋼筋混凝土保護，當鈾、鈈燃料用完後放射性仍保留達數千年。同時，需放在冷卻池中用水冷卻一年多才能安全的運送到儲存地點保存起來，這對安全和環境具有潛在的危險。羅西的鎳氫冷核聚變裝置在工作時的放射性主要是低能的γ射線，只需要加2厘米厚的鉛保護即可。反應堆關閉數分鐘後即無任何放射性，且無任何核廢料產生。因此鎳氫冷核聚變裝置周圍的居民無需擔心核輻射和核泄漏危險。傳統核電站，為了保證安全，核反應堆的核燃料棒的處理儲存都是代價高昂的。而儲存運輸普通的鎳則耗費無幾。

儘管有一些人稱他們已經實現了冷聚變，但是大多數物理學家對此持否定態度。科學家表示，羅西在聲稱他已經成功實現冷聚變前，應該能讓他實驗室以外的其他實驗室可以複製這項試驗，並對其進行分析。能源顧問喬納森-庫米說：“在獨立科學家能夠複製這些試驗結果前，(E-Cat試驗)應該被視為一個騙局。”但是能源新機構純能源系統的CEO斯特林-艾倫稱，他參加了羅西的試驗演示工作，E-Cat確實能夠自我持續下去。他說：“羅西演示了470千瓦能量以自我持續的方式連續輸出的過程，這意味著能量輸出確實足以使該裝置自行運轉下去。”

據清潔能源網訊，羅西鎳氫冷核聚變裝置的產業及商品化正加速推進。在希臘，一個兆瓦級鎳氫冷核聚變站建設正在加緊進行，330台反應堆正進行裝前測試。美國一公司已簽訂契約準備在美國製造銷售。還有幾個公司在洽談中。據羅西稱，3千瓦級鎳氫冷核聚變裝置只有拳頭大小，兆瓦級鎳氫冷核聚變裝置可安裝在一個貨櫃內，可隨意移動，所以又是一種可移動能源。
羅西的支持者們對羅西的鎳氫冷核聚變裝置推崇備至，甚至宣稱：20年後，世界上不會有電纜，家家戶戶都使用自己的冷核聚變進行發電。所有的機動車都靠冷核聚變驅動，到那時，加油站也會集體消失。當然，這一切的前提是：羅西的實驗和演示必須是真實可靠的。目前，該事件得到了包括福克斯新聞網、《福布斯》雜誌等多家西方主流媒體的強烈關注，但真實結果仍然存疑，許多科學家質疑其說法違背物理學原理。科學家表示，羅西在聲稱他已經成功實現冷核聚變前，應該能讓他實驗室以外的其他實驗室可以複製這項實驗，並對其進行分析。能源顧問喬納森·庫米說：“在獨立科學家能夠複製這些實驗結果前，(E-Cat試驗)應該被視為一個騙局。”但是能源新機構純能源系統的CEO斯特林·艾倫稱，他參加了羅西的實驗演示工作，E-Cat裝置確實能夠自我持續下去。《連線》雜誌線上版發表的評論認為，如果說公開測試試驗是有預先組織的、“神秘”觀摩賓客也是作假的話，那顯然沒有經過什麼精密的計算以來取信於其他人；而且羅西顯然只準備把設備提供給他的大單客戶進行交付前檢驗，這些人和他們的律師似乎不是什麼容易愚弄的目標，因而無論這是一個世紀性的大突破還是一個大騙局，這傢伙似乎都做好了長遠準備，沒打算“放一槍就跑”。