核聚变的原理其实就是把轻原子核“捏”在一起,然后这些轻原子核就会发生聚合反应,在这个反应过程中会出现一些质量亏损,从而释放出强大的能量。然而因为原子核都带正电,它们之间会互相排斥,再加上原子核又小得离谱,我们根本不可能真的去把它们“捏”在一起,所以要启动核聚变是很难的。
科学家们通常是利用高温高压来启动核聚变,这是因为高温可以使原子中的电子挣脱原子核的束缚,并让原子核具备足以克服排斥力的动能,而高压则可以增加原子核的密度,使它们更加容易聚合。
正是因为如此,我们想要实现可控核聚变,就必须要创造一个能够长时间维持超高温度以及压强的封闭环境,这对于人类目前的科技水平来讲是非常困难的。可以看到,假如有一种冷核聚变技术,能够在相对较低的温度甚至是常温下点燃核聚变,上述的困难就能够得到很好的解决,人类也就能够轻松地实现可控核聚变了。
要知道可控核聚变是我们人类梦寐以求的超级能源,如果掌握了这种技术,我们就可以得到几乎无限的能量,人类文明水平将会因此而出现前所未有的飞跃。因此可以说,掌握了冷核聚变,人类成为星际文明指日可待。
冷核聚变的概念最初是由犹他大学的化学系主任彭斯(Stanley Pons)和南安普敦大学的化学系教授弗莱西曼(Martin Fleischmann)公开提出的,这两位科学家指出,如果将两个氘原子强行塞进一个狭小的空间,它们就可能会发生冷核聚变,而金属钯的原子结构使这种想法变成了可能。
在晶体的内部,原子都是按照严格的几何规律来排列的,如果将每个原子看成一个点,再将这些点用直线连起来,就形成了有规律的几何空间格架,这被称为“晶格”,下图为金属钯晶格的最基本的几何单元。
这样的原子结构使钯拥有了超强的吸附氢气的能力,相关数据显示,1体积的海绵钯能够吸附900体积的氢气,而1体积的胶体钯甚至能够吸附1200体积的氢气,可以看到,如果想办法将大量的氢原子塞进金属钯的晶格里,那么它们就可能在这里发生冷核聚变。
这两位科学家设计了一个阴极由钯制成的电解槽,他们的思路是,当用这个电解槽来电解重水(注:重水是由氢的同位素氘和氧组成的化合物)的时候,重水里的氘原子核就会在电流的作用下被大量地塞进钯的晶格里,从而引发冷核聚变。
1989年3月23日,弗莱西曼和彭斯在新闻发布会上宣布,他们在实验中得到了氦-4,并且观测到了异常的能量释放,这无法用任何化学反应的原理来解释,这就意味着,他们实现了冷核聚变。消息一出马上轰动了整个科学界,然而在接下来的时间里,绝大多数科学家所做的重复实验都以失败告终,弗莱西曼和彭斯的实验因此而受到了大量的质疑,同年5月,美国物理学会彻底否定了他们的实验结果。
于是冷核聚变就这样被人们冷落了,甚至还有人将其归入“伪科学”之列,然而还是有一些科学家对冷核聚变的原理表示认同,仍然在致力于这一领域的研究。2015年春天,冷核聚变得到了谷歌公司的重视,他们决定投入1000万美元的资金,与麻省理工学院等研究团队联手对冷核聚变的可行性进行重新评估。
该研究的目标是利用先进的设备,对三个冷聚变领域的代表性结论进行严格的测试,这三个结论分别是:1、将钯电极高度充氢能够产生冷核聚变;2、在富氢环境中加热金属粉末能够产生冷核聚变;3、利用脉冲放电在氘气中制造等离子体,并让其轰击钯电极,就能产生冷核聚变。
在经过大量的实验以后,2019年,谷歌公司的研究团队在《自然》杂志上公布了此次研究的成果——根据上述三种代表性结论设计的冷聚变实验,全部失败……
这无疑是对冷核聚变的一个毁灭性的打击,那么冷核聚变在未来真的就不能够实现吗?其实我们还能看到一些希望。
μ子是一种与电子一样的轻子,它带负电,其质量为电子的207倍,如果将氢原子中的电子替换为μ子,就可以使氢原子核间的距离缩小196倍,这极大的提高了核聚变的概率,事实上,科学家已经通过实验证实,利用μ子催化聚变的技术是可以实现冷核聚变的。
但因为μ子的半衰期只有2.2微秒,并且还容易被核聚变生成的α粒子捕获,这会导致输入的能量远远大于其输出的能量,所以在目前的μ子催化聚变技术还面临着很大的困难。可以想象的是,假如未来的人类找到了稳定的μ子化合物,那么冷核聚变也就唾手可得了。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`
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