冷聚变反应是常温下的核聚变。是上世纪80年代在用钯阴极电解重水时,由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”。冷聚变目前还是一种猜想与实验,没有实际应用。

中文名

冷聚变反应

外文名

Cold fusion reaction

运用领域

核能利用

推出时间

20世纪80年代

提出者

马丁.弗莱希曼和斯坦利.庞斯

特点

常温下反应

起源发现

冷聚变(ColdFusion)这个词首先是由马丁。弗莱希曼和斯坦利。庞斯于1989年在美国犹他州大学提出的,后来经过二十几年的发展,冷聚变逐渐被行业人士称为低能量核反应LENR(LowEngeryNuclearReation)。纵观世界范围内,有三个国家在冷聚变领域取得了比较卓越的成就,他们分别是美国,意大利和日本。

美国是冷聚变的发源地,尽管1989年后,冷聚变经历了很长一段低潮期,但是美国社会对于非共识的研究领域还是相当宽容的,在这其间,不但有国家层面的单位,如NASA,DARPA,MIT,密苏里等大学等顶级科研机构的参与,也有广泛的民间参与,比如说:黑光能源公司,布里渊能源公司等等。这些官方机构和民间组织为冷聚变的发展起到了推波助澜的作用,这使得美国政府后来重新审视对待冷聚变的态度。

日本不管是从民间还是政府对冷聚变的态度从来都是积极的,这对于务实的日本来说实属不易,日本在冷聚变领域投入了大量的资金,比较著名的是丰田汽车公司资助弗莱德曼在法国的冷聚变项目。有资料显示,日本在冷聚变领域的投入超过30亿美元,今年的MIT冷聚变会议,日本公司终于发力给我们带来的惊喜。除了国际上的冷聚变会议外,日本本国内也有自己的冷聚变研讨会,截止2013年,日本已经举办了十四届冷聚变会议。日本将来会是世界冷聚变领域的一匹黑马。

意大利是镍氢冷聚变的发源地,自1989年冷聚变公布后,意大利博洛尼亚大学科学家SergioFocardi教授和弗朗切斯科Piantelli教授便开始冷聚变镍氢反应器的研究,其中Piantelli教授为镍氢系统申请了欧洲专利。当时在美国从事环保产业的安德烈罗西发现冷聚变诱人的前景后,毅然回国和Focardi教授一起从事冷聚变的研究。他们终于在几年的艰苦研发后,获得了阶段性的成功。后来一家希腊公司购买罗西的技术并在此基础上进行了改进,这便有了现在位于加拿大温哥华的Defkalion绿色能源公司。意大利科学家开发的镍氢反应系统,因其使用廉价的金属镍而比钯氢系统更具有发展潜力。

实验内容

冷聚变反应

1989年春天出现过一条轰动世界科技界的新闻。3月23日在美国盐湖城犹他大学创一次记者招待会上.弗莱希曼(M.Freischmann)和庞斯(B.S.Pons)宣布他们实现了冷聚变(或叫室温核聚变)。他们用的实验仪器很普通.是在一个烧瓶内装入一个钯(Pd)制的管状阴极,外围绕以铂丝作为阳极,都浸在用少量锂电离的重水(D2O)中。当通入电流经过近百小时后,他们发现有“过量热”释放.同时有中子产生。他们认为这不是一般的化学反应,而是在室温下的核聚变。对这一实验的可能解释是:钇有强烈的吸收氢或氘的本领(一体积的钯可吸收700体积的氘)。重水被电解后产生的氘在钯中的紧密聚集可能引起氘的结合——核聚变。如果这真是在室温条件下实现的核聚变.那将是一件有绝对重大意义的发现。很多科学家都在做类似的实验。由于当时该实验的重复性差,很多科学家对这一发现持怀疑态度。以致在此后.关于这方面的研究似乎销声匿迹了。但还有些研究人员乐此不疲,继续坚持这方面的探索,清华大学物理系李兴中教授就是其中之一。他所用的实验基本装置如右图所示,在一容器中用石英架张拉着一条钯丝.通入氖气以观察其变化。他们已确切地证实在氘瓶内有“过量热”释放。对于同时并无中子或γ射线释放也给予了一定的理论解释。他们还发现在与氢气长时间接触的钯丝内有锌原子甚至氯原子产生,在钯丝表面层内锌原子甚至占总原子数的40%。他们认为这是钯发生核嬗变的信号.从而给他们的研究带来了的希望

观测现象

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。

3、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38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。