冷核聚變實(shí)用化:大突破還是大騙局

雖然主流科學(xué)界對(duì)冷核聚變持否定態(tài)度，但是也有許多科學(xué)家并未就此罷休，22年來(lái)，不斷有人堅(jiān)持探索“冷核聚變”的可能性。

這一次真的是“冷核聚變”嗎？

冷核聚變（Cold Fusion）是指在接近常溫常壓和相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備條件下發(fā)生的核聚變反應(yīng)。核聚變反應(yīng)中，多個(gè)輕原子核被強(qiáng)行聚合形成一個(gè)重原子核，并伴隨能量釋放。它的專業(yè)名稱是“低能核反應(yīng)”。

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)2011年11月8日?qǐng)?bào)道：意大利波隆納大學(xué)物理學(xué)家安德烈·羅西（Andrea Rossi）宣稱，由他制造的一種名叫“E-CAT”的“鎳氫冷核聚變裝置”，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)“冷核聚變”，不久即將批量生產(chǎn)并投入實(shí)際應(yīng)用。

消息傳出，在學(xué)術(shù)界引起的震動(dòng)不亞于一次真正的核爆炸，因?yàn)樵S多科學(xué)家都在夢(mèng)寐以求地尋找新的核聚變途徑。按照目前的核聚變?cè)?，核聚變只能在極端的高壓和高溫條件下才能產(chǎn)生。如果能實(shí)現(xiàn)冷核聚變，便意味著人類將擁有幾乎取之不盡、用之不竭的清潔能源。

據(jù)報(bào)道，羅西的“E-CAT”裝置于2011年10月28日在博洛尼亞大學(xué)正式公開測(cè)試。出席此次測(cè)試活動(dòng)的人員，主要是羅西的首批匿名客戶和媒體記者。到場(chǎng)的還有一些知名人士，其中包括兩位觀察員，一名是瑞典皇家科技協(xié)會(huì)的理論物理學(xué)副教授、瑞典質(zhì)疑協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)漢諾·埃森；另外一名是烏普薩拉大學(xué)的斯文·庫(kù)蘭德教授，同時(shí)也是瑞典皇家科學(xué)院能源委員會(huì)會(huì)長(zhǎng)。這兩位的使命主要是對(duì)公開測(cè)試的科學(xué)性進(jìn)行監(jiān)督。

據(jù)羅西介紹，E-CAT裝置可以根據(jù)設(shè)計(jì)功率的不同，隨意進(jìn)行配置。這次進(jìn)行公開測(cè)試的E-CAT裝置，包括一個(gè)不銹鋼反應(yīng)容器，置于一個(gè)銅管內(nèi)部，水流經(jīng)銅管和不銹鋼反應(yīng)器的夾層。設(shè)置了水和氫氣的進(jìn)口。通過(guò)銅管外纏繞的電阻流經(jīng)的電流給反應(yīng)器充電，當(dāng)達(dá)到一定溫度的時(shí)候，反應(yīng)器開始工作。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了大概持續(xù)6個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定于4.69千瓦的能量供應(yīng)。另外，需要輸入能耗大概是330瓦，其中30瓦用于該設(shè)備的電子控制部分。能耗比這個(gè)裝備產(chǎn)能的十五分之一還要小。

與傳統(tǒng)核反應(yīng)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(gè)容積為一升的小容器中，與一些未公開的（知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(fā)生核聚變反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能。鎳和氫價(jià)格便宜，儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)存運(yùn)輸成本低。而“E-CAT”裝置用料又非常的節(jié)省。100克鎳粉至少可供10千瓦級(jí)鎳氫冷核聚變裝置使用半年，10千克鎳粉可供兆瓦級(jí)鎳氫冷核聚變裝置使用半年。以煤耗357克/千瓦時(shí)計(jì)算，燃10千克鎳粉即相當(dāng)燃1500噸煤，二者相差15萬(wàn)倍。另?yè)?jù)羅西計(jì)算，一克鎳粉釋放的能量相當(dāng)于500桶石油。現(xiàn)在一磅鎳價(jià)值不到20美元。因此，羅西的鎳氫冷核聚變裝置運(yùn)行所耗燃料的價(jià)值是微不足道的。

傳統(tǒng)核反應(yīng)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(hù)，當(dāng)鈾、鈈燃料用完后放射性仍保留達(dá)數(shù)千年。同時(shí)，需放在冷卻池中用水冷卻一年多才能安全的運(yùn)送到儲(chǔ)存地點(diǎn)保存起來(lái)，這對(duì)安全和環(huán)境具有潛在的危險(xiǎn)。羅西的鎳氫冷核聚變裝置在工作時(shí)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(hù)即可。反應(yīng)堆關(guān)閉數(shù)分鐘后即無(wú)任何放射性，且無(wú)任何核廢料產(chǎn)生。因此鎳氫冷核聚變裝置周圍的居民無(wú)需擔(dān)心核輻射和核泄漏危險(xiǎn)。傳統(tǒng)核電站，為了保證安全，核反應(yīng)堆的核燃料棒的處理儲(chǔ)存都是代價(jià)高昂的。而儲(chǔ)存運(yùn)輸普通的鎳則耗費(fèi)無(wú)幾。

羅西的支持者們對(duì)羅西的鎳氫冷核聚變裝置推崇備至，甚至宣稱：20年后，世界上不會(huì)有電纜，家家戶戶都使用自己的冷核聚變進(jìn)行發(fā)電。所有的機(jī)動(dòng)車都靠冷核聚變驅(qū)動(dòng)，到那時(shí)，加油站也會(huì)集體消失。當(dāng)然，這一切的前提是：羅西的實(shí)驗(yàn)和演示必須是真實(shí)可靠的。目前，該事件得到了包括?？怂剐侣劸W(wǎng)、《福布斯》雜志等多家西方主流媒體的強(qiáng)烈關(guān)注，但真實(shí)結(jié)果仍然存疑，許多科學(xué)家質(zhì)疑其說(shuō)法違背物理學(xué)原理?？茖W(xué)家表示，羅西在聲稱他已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)冷核聚變前，應(yīng)該能讓他實(shí)驗(yàn)室以外的其他實(shí)驗(yàn)室可以復(fù)制這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行分析。能源顧問喬納森·庫(kù)米說(shuō)：“在獨(dú)立科學(xué)家能夠復(fù)制這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果前，(E-CAT試驗(yàn))應(yīng)該被視為一個(gè)騙局?！钡悄茉葱聶C(jī)構(gòu)純能源系統(tǒng)的CEO斯特林·艾倫稱，他參加了羅西的實(shí)驗(yàn)演示工作，E-CAT裝置確實(shí)能夠自我持續(xù)下去。

核聚變能源利用的前景和困境

核能有裂變能和聚變能兩種。裂變能是重元素（如鈾、釷等）的原子核在分裂過(guò)程中所釋放的能量。目前世界上所有核電站都是利用裂變能進(jìn)行發(fā)電的。其優(yōu)點(diǎn)是少量原料就可產(chǎn)生巨大的電能、環(huán)境污染少和不存在對(duì)石化燃料的依賴。缺點(diǎn)是若核燃料無(wú)法控制則會(huì)導(dǎo)致能量輸出急劇升高，造成失控和事故的發(fā)生；所產(chǎn)生的核廢料有放射性，對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染；同樣也存在資源有限的制約。全球目前已建成以原子核裂變能量發(fā)電的核電站近500座。世界核電發(fā)電量已占電力總發(fā)電量的17％，不少國(guó)家已占30％以上。立陶宛占80％、法國(guó)已占78％。

核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。核聚變不會(huì)產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長(zhǎng)期和高水平的核輻射，不產(chǎn)生核廢料，也不產(chǎn)生溫室氣體，基本不污染環(huán)境。地球上蘊(yùn)藏的核聚變能遠(yuǎn)比核裂變能豐富得多。據(jù)測(cè)算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。按目前世界能量的消耗率估計(jì)，地球上蘊(yùn)藏的核聚變能可用100億年以上。

要把核聚變時(shí)釋放出的巨大能量作為人類的能源，必須對(duì)劇烈的聚變核反應(yīng)加以控制，因而稱為受控核聚變。實(shí)現(xiàn)受控核聚變的的首要條件是需要極高的溫度。兩個(gè)氘核的聚變反應(yīng)，溫度必須高達(dá)一億攝氏度；對(duì)于氘核與氚核間的聚變反應(yīng)，溫度必須在五千萬(wàn)攝氏度以上。

目前的受控核聚變研究，主要是沿著熱核聚變的途徑進(jìn)行。將聚變所用的氘加熱至上億度，使整個(gè)氘燃料成為總體呈電中性，由帶正電的氘離子和帶負(fù)電的電子所組成的一團(tuán)混合物，這樣的混合物被稱為物質(zhì)第四態(tài)的高溫等離子體。這樣的反應(yīng)方法使人很容易想到生爐子的道理：要想讓爐里的煤燃燒，首先必須點(diǎn)燃足量的煤，使它們發(fā)出的熱除了彌補(bǔ)散失的熱量外尚有富裕，這樣煤才能越燒越旺。

還有一個(gè)引發(fā)受控反應(yīng)的必要條件，就是要對(duì)參與反應(yīng)的燃料等離子體氣團(tuán)施以足夠的壓力和混合聚集，也就是對(duì)它們加以必要而充分的約束。因?yàn)樵?億度的高溫下，等離子體中的粒子速度可高達(dá)每秒1千公里以上。如果不加約束，這些等離子體會(huì)在瞬間逃之夭夭。為了保證反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，這種高溫高密的等離子體氣團(tuán)還必須能維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，這就需要找到一個(gè)“容器”，并且利用約束手段將高溫高密的等離子體約束起來(lái)，不讓它損壞容器。

50多年來(lái)對(duì)核聚變的研究，不外乎沿著磁約束和慣性約束兩大途徑進(jìn)行。磁約束是利用強(qiáng)磁場(chǎng)可以很好地約束帶電粒子這個(gè)特性，構(gòu)造一個(gè)特殊的磁容器，建成聚變反應(yīng)堆，在其中將聚變材料加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。慣性約束與磁約束不同，實(shí)際上對(duì)等離子體不加約束。而是利用粒子的慣性，在它們來(lái)不及跑散之前就發(fā)生聚變反應(yīng)，以取得足夠的能量。眾所周知的氫彈爆炸就是采用了慣性約束，不過(guò)氫彈是靠原子彈引爆的，而人類目前還無(wú)法加以控制，于是就改用其它高功率物質(zhì)（如激光、電子束、離子束）來(lái)轟擊一顆顆微小的氘氚燃料丸，將它極其快速地壓縮和加熱，這實(shí)際上是一顆顆微型氫彈爆發(fā)。

受控聚變反應(yīng)和受控裂變反應(yīng)的實(shí)際研究都是從20世紀(jì)50年代初開始的，時(shí)至今日，核裂變反應(yīng)堆或發(fā)電站早已比比皆是，而受控?zé)岷司圩兊暮推嚼脜s遙遙無(wú)期。專家稱，實(shí)現(xiàn)受控聚變是一個(gè)比登月還要困難得多的科學(xué)工程。樂觀的估計(jì)認(rèn)為，受控?zé)岷司圩兡苡型?0年后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

冷核聚變實(shí)驗(yàn)

曾經(jīng)引發(fā)科學(xué)丑聞

既然受控核聚變是解決全人類能源和環(huán)保難題的唯一途徑，受控?zé)岷司圩児こ萄芯康那熬坝秩绱嗣烀?，因此有科學(xué)家堅(jiān)持探索實(shí)現(xiàn)冷核聚變的可能性。

大約在1984年，有兩位電化學(xué)家開始關(guān)注起在低溫下產(chǎn)生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的成員和南安普敦大學(xué)的電化學(xué)研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國(guó)猶他大學(xué)的化學(xué)教授。他們?cè)O(shè)想，如果強(qiáng)行把兩個(gè)氘（氫元素的一個(gè)變種）原子核擠進(jìn)一個(gè)容不下兩個(gè)原子核的小空間，這兩個(gè)氘原子核就有可能發(fā)生聚合。金屬鈀的分子結(jié)構(gòu)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，他們制作了一個(gè)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制成的。他們的假說(shuō)是：電流從陽(yáng)極向陰極的運(yùn)動(dòng)會(huì)迫使氘原子核從重水移入鈀的晶格，從而在那里發(fā)生聚變。因?yàn)檫@種聚變將會(huì)是在接近室溫的條件下發(fā)生，比起在極高溫度下發(fā)生的聚變，它是“冷的”。

1989年3月23日，弗萊西曼和龐斯突然舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣稱在實(shí)驗(yàn)室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下的“冷核聚變”。消息傳出，整個(gè)科學(xué)界似乎都亂了套。美國(guó)猶他州的眾議員歐文更是把冷核聚變說(shuō)成“人類自發(fā)明火以來(lái)最偉大的發(fā)明”，猶他大學(xué)校長(zhǎng)彼得森特意趕到華盛頓，為成立一個(gè)冷核聚變研究中心申請(qǐng)2500萬(wàn)美元經(jīng)費(fèi)，世界各地至少有1000個(gè)實(shí)驗(yàn)室先后行動(dòng)起來(lái)。但是，始終沒有人成功地重復(fù)出弗萊西曼和龐斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們倆的故事也就成了科學(xué)界幾乎人人皆知的反面教材。甚至被指為“病態(tài)科學(xué)”、“偽科學(xué)”，并與N射線、偽氣功等現(xiàn)象相提并論。美國(guó)的高級(jí)科普雜志《科學(xué)美國(guó)人》(Scientific American)甚至提出要給弗萊西曼和龐斯頒發(fā)“搞笑諾貝爾獎(jiǎng)”。1989年11月，美國(guó)能源部組織成立的一個(gè)由22人組成的專家小組，在經(jīng)過(guò)6個(gè)月的調(diào)查后，對(duì)冷核聚變給出了否定性的結(jié)論，其中最重要的兩條調(diào)查結(jié)論，其原文內(nèi)容是:(1)迄今為止所進(jìn)行的有過(guò)熱放出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能提供令人信服的證據(jù)來(lái)說(shuō)明，這種被稱之為冷核聚變的現(xiàn)象可以作為能量的一種有用的來(lái)源；（2）被稱之為冷核聚變的這一新的核反應(yīng)過(guò)程的發(fā)現(xiàn)，其給出的證據(jù)是不令人信服的。美國(guó)能源部的這一報(bào)告，其影響當(dāng)然超出了美國(guó)國(guó)內(nèi)，對(duì)全世界這一領(lǐng)域的研究都帶來(lái)了巨大的否定性影響。時(shí)至今日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物仍拒絕發(fā)表支持冷核聚變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于冷核聚變的許多進(jìn)展很多人不以為然，抱著全然否定的態(tài)度。

冷核聚變研究

在爭(zhēng)議聲中艱難前行

另一件影響較大的冷核聚變實(shí)驗(yàn)發(fā)生在2002年。當(dāng)年的3月8日，享譽(yù)盛名的美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表的一篇研究論文。來(lái)自美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、特洛伊倫塞勒理工學(xué)院和俄羅斯科學(xué)院的科學(xué)家聲稱，在相當(dāng)于三個(gè)咖啡杯大小的燒杯里面，觀測(cè)到了核聚變反應(yīng)發(fā)生的跡象。這篇論文招致了同行激烈的批評(píng)，而批評(píng)意見首先來(lái)自橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部。在同意塔利亞克漢及其合作者向《科學(xué)》提交論文后，橡樹嶺要求該實(shí)驗(yàn)室的索爾特馬什等人采用另外一種探測(cè)器進(jìn)行檢驗(yàn)。不幸的是，索爾特馬什說(shuō)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中沒有探測(cè)到核聚變反應(yīng)發(fā)生的跡象，塔利亞克漢等人的結(jié)果純屬假象。塔利亞克漢則辯稱，他這兩位同事錯(cuò)誤地理解了那些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。橡樹嶺以外的科學(xué)家們迅速加入到這場(chǎng)論戰(zhàn)，處處可見尖銳的評(píng)論。一些科學(xué)家將矛頭直指《科學(xué)》雜志，指責(zé)《科學(xué)》不應(yīng)當(dāng)發(fā)表一篇極富爭(zhēng)議的論文。

不過(guò)，這一次與1989年的“冷核聚變”事件的性質(zhì)完全不同。弗萊西曼和龐斯是在論文沒有發(fā)表之前就匆匆發(fā)布新聞的，而塔利亞克漢等人的論文是通過(guò)同行評(píng)審程序后公開發(fā)表的?！犊茖W(xué)》雜志也希望“論文”的發(fā)表能夠促進(jìn)公開透明的討論，這是非常正常的科學(xué)爭(zhēng)論。

雖然主流科學(xué)界對(duì)冷核聚變持否定態(tài)度，但是也有許多科學(xué)家并未就此罷休，22年來(lái)，不斷有人堅(jiān)持探索“冷核聚變”的可能性。美國(guó)麻省理工學(xué)院的彼得·哈格斯坦教授一直在進(jìn)行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學(xué)的約翰·達(dá)西教授不僅自己相信“冷核聚變”存在，還培養(yǎng)了一群弟子，繼續(xù)這項(xiàng)研究；意大利的奧古斯都－蒙梯大學(xué)在重復(fù)“冷核聚變”實(shí)驗(yàn)中還取得了不小進(jìn)展；德國(guó)、日本、以色列等國(guó)的科學(xué)家也在繼續(xù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們甚至聯(lián)合起來(lái)，成立了一個(gè)“國(guó)際冷核聚變科學(xué)協(xié)會(huì)（ICCF）”，每隔一年半組織一次學(xué)術(shù)研討會(huì)。還有很多科學(xué)家關(guān)注冷核聚變研究工作，只不過(guò)多數(shù)處于“地下工作方式”。如曾在洛斯·阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作的科學(xué)家斯托姆斯，在靠近其住家附近建立一個(gè)冷核聚變實(shí)驗(yàn)室。在加州SRI研究中心(非盈利私人研究所)工作的麥庫(kù)伯里，是最杰出的冷核聚變實(shí)驗(yàn)學(xué)家。已進(jìn)行了20年的冷核聚變探索的麥庫(kù)伯里聲稱，他已進(jìn)行了5萬(wàn)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，并已50次“準(zhǔn)確無(wú)誤地”記錄到裝置產(chǎn)生多余的熱量。麥庫(kù)伯里說(shuō)：“冷核聚變實(shí)驗(yàn)不能按要求進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)的主要原因，是材料的問題。必須開發(fā)出一種擁有正確雜質(zhì)混合物的鈀，或開發(fā)出另外一種金屬。”麥庫(kù)伯里批評(píng)一些主流科學(xué)家不承認(rèn)冷核聚變的事實(shí)。他引用量子力學(xué)之父普朗克的話說(shuō)：“科學(xué)的每一次進(jìn)步，都會(huì)推出一個(gè)葬禮。”麥庫(kù)伯里說(shuō)：“冷核聚變不是偽科學(xué)。以反偽科學(xué)為名扼殺冷核聚變，會(huì)把科學(xué)探索中的新生事物反掉?！币灿锌茖W(xué)家認(rèn)為，科學(xué)上的真?zhèn)问窍鄬?duì)的，今天反對(duì)的偽科學(xué)明天可能會(huì)變成真科學(xué)，而今天的科學(xué)明天說(shuō)不定成為偽科學(xué)。的確，科學(xué)重在探索未知，科學(xué)也正是在探索過(guò)程中不斷發(fā)展進(jìn)步的。我們承認(rèn)人類認(rèn)識(shí)的相對(duì)性，人類只能不斷地接近絕對(duì)真理，而不可能窮盡它。但相對(duì)之中有絕對(duì)。在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，科學(xué)就是科學(xué)，謬誤就是謬誤，科學(xué)是可以否定謬誤、否定非科學(xué)的。我們對(duì)科學(xué)探索中的艱難曲折甚至失敗總是予以理解和寬容，因?yàn)槿魏慰蒲谐晒疾皇禽p易可以獲得的。其中的失誤，不少是科學(xué)探索中必須付出的代價(jià)。這是人類認(rèn)識(shí)的深化和擴(kuò)展。某些片面、過(guò)時(shí)的觀點(diǎn)需要更新，某些失誤需要糾正，這是繼承與發(fā)展的過(guò)程。