冷聚变的梦想还有可能实现吗?

早在1989年3月,在盐湖城的一次新闻发布会上,犹他大学的科学家斯坦利·庞斯和英国南安普敦大学的马丁·弗莱什曼就发表了一个惊人的声明。研究人员成功地融合了氢同位素的原子核来产生氦——这与太阳的能量来源是一样的——而且他们能够在室温下产生氦,而不需要投入比所产生的能量更多的能量。

哥伦比亚广播公司(CBS)当时的一则新闻报道称,这项研究带来了一种新的丰富能源来源的希望,这种能源将取代化学燃料和常规核能。但根据1989年《纽约时报》的一篇文章,其他试图重复实验的研究人员无法重现实验结果,或者得出结论说,这些结果是由实验错误造成的。“科学界的大多数人不再认为冷聚变是一种真实的现象,”哈维马德学院(Harvey Mudd College)的物理学教授彼得·n·萨塔(Peter N. Saeta)在1999年的《科学美国人》(scientific American)上写道。

梦想很难泯灭

即便如此,科学家们对冷聚变的兴趣从未完全消失,他们还在继续研究。虽然没有人能够决定性地证明它可以实现,但这项工作实际上在其他方面产生了有价值的知识。

例如,几年前,谷歌资助了一项为期多年的冷聚变研究,包括几所大学和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员。研究人员最终在2019年《自然》杂志上发表了一篇文章,他们在文章中透露,他们的努力“尚未产生任何证据证明这种影响”。

“核聚变是一种潜在的能源,它可以提供大量的能量,而不会产生有害的副产品,”谷歌研究的参与者之一杰里米·曼迪(Jeremy Munday)在一封电子邮件中解释道。他是加州大学戴维斯分校的电子和计算机工程教授。“为了发生核聚变,带正电荷的原子核需要靠得足够近才能融合在一起。如果发生这种情况,能量就会被释放。困难在于带正电的原子核相互排斥。如果有很多原子核紧密地聚集在一起——密度很高——并且它们有很大的动能(高温),这个反应就会发生。在自然界中,太阳是由核聚变提供能量的,但维持这些反应所需的温度和密度在地球上非常困难。冷聚变是指核聚变可以在更低的温度下发生,使其成为地球上的一种能源。

“很难排除某种现象,这也是这些概念流传这么久的原因之一,”曼迪补充道。“我们没有发现冷聚变的任何证据,但这并不意味着它不存在。”

在外行看来,为了找到冷聚变的证据而反复调查似乎是在浪费时间和资源。但科学家们不这么认为,因为在他们寻找的过程中,他们收集了其他种类的知识,并开创了技术创新。

“这些副产品可能是我们在这个领域的研究产生的最大影响之一,”曼迪说。通过谷歌合作,我们共在《自然》、《自然材料》、《自然催化》、美国化学学会各种期刊等高影响力期刊上发表论文20余篇,目前已获得两项专利。除了直接关于低能量聚变过程的论文,我们还有关于金属氢化物有趣的材料物理和光学特性,以及它们在传感器和催化剂上的应用的论文。”

在欧洲,一个由多国科学家组成的团队最近开始了另一项冷聚变研究——“HERMES”项目,该项目将采用近年来开发的更先进的科学技术和工具。

佩卡•佩尔乔(Pekka Peljo)在一封电子邮件中表示:“我们的目的是试图寻找一种可以重复产生一些异常效应的实验。”他是该项目的协调员,也是芬兰图尔库大学机械与材料工程系的副教授。“我们正在重新审视之前的一些实验。同时,我们将利用钯单晶等可控的模型系统,对钯-氢、钯-氘系统的电化学进行详细的研究。因此,简单地说,HERMES结合了钯-氢体系的基础研究,重复了一些有希望的早期实验,并开发了新的方法。例如,我们将利用质子导电固体氧化物研究高温下的反应。”

即便如此,研究人员也不一定能找到冷聚变的证据。

“科学领域的大多数人认为这很可能是实验用的人工制品,也就是说,它不是真实的,”佩尔乔解释道,“基本上,当钯金属中含有大量的氘时,大多数时候似乎没什么不寻常的事情发生。但有时,由于一些不太清楚的原因,一些奇怪的事情似乎会发生。最初,庞斯和弗莱什曼观测到了过剩的热量,但也有其他异常效应的报道,如中子辐射或氦的产生。但是有很多再现性的问题。最有可能的是,这些反应实际上不是核聚变,而是发生在金属晶格中的其他核反应。”

HERMES的研究人员不会试图重现庞斯和弗莱施曼的研究,而佩尔乔说这太耗时,也太困难。

他解释说:“相反,我们专注于纳米材料,这种材料的加载速度应该更快,氘插入时由于体积变化而产生的应力应该更小。”“我们的主要重点之一是所谓的共电沉积实验,即Pd-D是通过电化学方式沉积的。这种方法是由加州圣迭戈美国海军SPAWAR系统中心的Stanislaw Szpak博士和Pamela Mosier-Boss博士开发的。这些实验都有很好的记录,他们的结果已经发表在多个同行评议的科学文献上,所以我们的第一个方法是尝试重现他们的结果。”

“这是一个高风险、高回报的项目,也就是说,我们很有可能无法观测到任何异常情况,”佩尔乔说。“另一方面,如果项目成功,我们将有一个可重复的实验来探索这些反应。根据现代物理学,不应该发生这样的反应,所以应该发展一种新的理论来解释这些反应。也有可能开发新的热源,因为这些反应被认为会产生多余的电热量。”

根据佩尔乔的说法,HERMES研究收集到的关于钯氢系统的基本特性的信息,也有助于开发一种更好的生产氢气的工艺,用于燃料电池驱动汽车。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/wuli/642.html