冷聚变挑战传统核反应理论

《光明》2008年4月28日讯 上世纪80年代,在用钯阴极电解重水时,化学家弗莱希曼和庞斯观测到难以用化学反应来解释的大量热产生,他们把这种“超热”现象归因为发生了传统上需要上亿度高温才能发生的氘氘聚变,并命名为“冷聚变”。后来的深入研究表明,该类系统内确实发生了核反应,但不只是传统稀薄等离子体中发生的两体核反应,而是包括聚变、裂变、嬗变等多种至今仍未完全弄清其过程与机理的核反应。学界人士倾向于用“低能核反应”或“凝聚态中的核科学”来描述这类现象。与发现之初相比,现在人们已在多个系统中观测到类似现象:

1、钯-重水电解。用钯电解重水是实现冷聚变的主要途径之一。美国的麦克·库博发现,“电解时阴极中的氘钯原子比超过约0.84”是出现超热的必要条件,但要求的临界氘密度对应的钯内氘气泡压力要大于材料的塑性应力,而在实际中很难满足这种高密度要求,因此该类实验结果难以重复。作者在与美国的戴施合作时发现,利用标准的热测量方法也初步证实了超热产生,该结果进一步发展有望实现超热的简单重复。

2、束靶系统中的异常现象。用带电粒子轰击靶材料是研究核反应截面的传统方法。日本的笠木治郎太等人研究了几种金属膜中相同反应,结果发现,钛、金中的屏蔽能为几十个电子伏,钯中的为250个,金/钯/氧化钯膜中的为601个;且入射氘束的能量愈低,与理论值偏离愈大,2.5keV的氘轰击并要将这些目标细分成由若干个时间段组成的可行性的小目标氧化钯时实验值比理论值大50倍。国内王大伦与张信威联合小组的氘气放电中子测量结果也得出类似结论。

、钯-氘(氢)气系统。日本的岩村康弘用电化学方法在钯片外表面沉积一层锶,然后使氘气扩散通过钯片。一星期后,用X射线光电子能谱检测发现,钼出现而锶减少。用二次离子质谱分析表面发现,产生的钼同位素分布与天然分布不同,而与锶分布加8个原子质量、4个电荷数后接近。根据核物理常识,由于锶有 8个正电荷,氘与其反应的截面比氘氘反应截面小的倍数本身就是一个天文数字,而此处还出现五体反应——传统物理根本无法解释这一奇异现象。

除实验外,目前关于冷聚变研究的理论工作也很多。国内张信威的小氢(氘)原子模型、张中良的核俘获电子模型、鲁润宝的电子-离子束缚态模型和江兴流的是一个全新的思路涡流模型等,都具有代表性。

毋庸讳言,目前科学界对冷聚变的研究距易重复性、稳定性、超热与核产物间的关联性等要求还有一定距离。从科学本身的发展来看,传统的热核聚变乃至整个核反应理论限制了冷聚变学者的思路并规制了科学界多数人的看法；从技术与应用角度而言,冷聚变本身潜在的巨大商业前途使研究者与支持者过早背上了功利包袱——这不仅限制了科学的自由交流,也降低了研究结果的透明度与可信度。

然而，现在还很少有人认识到冷聚变的科学与哲学意义。冷聚变揭示的现象为探索微观世界提供了一种崭新的手段,即我们有可能通过桌面反应就做到以前必须由大型加速器才能做到的事。例如现在的激光尾场加速技术已使带电粒子达到GeV量级的能量,而冷聚变正是这种趋势中的一个极致,尽管现在还不为人解。作为最简单的对比:原来热核聚变研究需要大型的托克马克才可能达到的一些指标,现在冷聚变实验仅需要一个手持玻璃瓶就能实现。