冷核聚變實用化:大突破還是大騙局

雖然主流科學界對冷核聚變持否定態度，但是也有許多科學家并未就此罷休，22年來，不斷有人堅持探索“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簡單的設備條件下發生的核聚變反應。核聚變反應中，多個輕原子核被強行聚合形成一個重原子核，并伴隨能量釋放。它的專業名稱是“低能核反應”。

據美國物理學家組織網2011年11月8日報道：意大利波隆納大學物理學家安德烈·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”，已經成功實現“冷核聚變”，不久即將批量生產并投入實際應用。

消息傳出，在學術界引起的震動不亞于一次真正的核爆炸，因為許多科學家都在夢寐以求地尋找新的核聚變途徑。按照目前的核聚變原理，核聚變只能在極端的高壓和高溫條件下才能產生。如果能實現冷核聚變，便意味著人類將擁有幾乎取之不盡、用之不竭的清潔能源。

據報道，羅西的“E-CAT”裝置于2011年10月28日在博洛尼亞大學正式公開測試。出席此次測試活動的人員，主要是羅西的首批匿名客戶和媒體記者。到場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會的理論物理學副教授、瑞典質疑協會會長漢諾·埃森；另外一名是烏普薩拉大學的斯文·庫蘭德教授，同時也是瑞典皇家科學院能源委員會會長。這兩位的使命主要是對公開測試的科學性進行監督。

據羅西介紹，E-CAT裝置可以根據設計功率的不同，隨意進行配置。這次進行公開測試的E-CAT裝置，包括一個不銹鋼反應容器，置于一個銅管內部，水流經銅管和不銹鋼反應器的夾層。設置了水和氫氣的進口。通過銅管外纏繞的電阻流經的電流給反應器充電，當達到一定溫度的時候，反應器開始工作。

實驗結果產生了大概持續6個小時的穩定于4.69千瓦的能量供應。另外，需要輸入能耗大概是330瓦，其中30瓦用于該設備的電子控制部分。能耗比這個裝備產能的十五分之一還要小。

與傳統核反應堆不同，“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容積為一升的小容器中，與一些未公開的（知識產權的原因）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，即開始發生核聚變反應，同時產生大量的熱能。鎳和氫價格便宜，儲量豐富，儲存運輸成本低。而“E-CAT”裝置用料又非常的節省。100克鎳粉至少可供10千瓦級鎳氫冷核聚變裝置使用半年，10千克鎳粉可供兆瓦級鎳氫冷核聚變裝置使用半年。以煤耗357克/千瓦時計算，燃10千克鎳粉即相當燃1500噸煤，二者相差15萬倍。另據羅西計算，一克鎳粉釋放的能量相當于500桶石油。現在一磅鎳價值不到20美元。因此，羅西的鎳氫冷核聚變裝置運行所耗燃料的價值是微不足道的。

傳統核反應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，當鈾、鈈燃料用完后放射性仍保留達數千年。同時，需放在冷卻池中用水冷卻一年多才能安全的運送到儲存地點保存起來，這對安全和環境具有潛在的危險。羅西的鎳氫冷核聚變裝置在工作時的放射性主要是低能的γ射線，只需要加2厘米厚的鉛保護即可。反應堆關閉數分鐘后即無任何放射性，且無任何核廢料產生。因此鎳氫冷核聚變裝置周圍的居民無需擔心核輻射和核泄漏危險。傳統核電站，為了保證安全，核反應堆的核燃料棒的處理儲存都是代價高昂的。而儲存運輸普通的鎳則耗費無幾。

羅西的支持者們對羅西的鎳氫冷核聚變裝置推崇備至，甚至宣稱：20年后，世界上不會有電纜，家家戶戶都使用自己的冷核聚變進行發電。所有的機動車都靠冷核聚變驅動，到那時，加油站也會集體消失。當然，這一切的前提是：羅西的實驗和演示必須是真實可靠的。目前，該事件得到了包括福克斯新聞網、《福布斯》雜志等多家西方主流媒體的強烈關注，但真實結果仍然存疑，許多科學家質疑其說法違背物理學原理。科學家表示，羅西在聲稱他已經成功實現冷核聚變前，應該能讓他實驗室以外的其他實驗室可以復制這項實驗，并對其進行分析。能源顧問喬納森·庫米說：“在獨立科學家能夠復制這些實驗結果前，(E-CAT試驗)應該被視為一個騙局。”但是能源新機構純能源系統的CEO斯特林·艾倫稱，他參加了羅西的實驗演示工作，E-CAT裝置確實能夠自我持續下去。

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行發電的。其優點是少量原料就可產生巨大的電能、環境污染少和不存在對石化燃料的依賴。缺點是若核燃料無法控制則會導致能量輸出急劇升高，造成失控和事故的發生；所產生的核廢料有放射性，對環境會造成污染；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電的核電站近500座。世界核電發電量已占電力總發電量的17％，不少國家已占30％以上。立陶宛占80％、法國已占78％。

核聚變是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射，不產生核廢料，也不產生溫室氣體，基本不污染環境。地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據測算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經過核聚變可提供相當于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，地球上蘊藏的核聚變能可用100億年以上。

要把核聚變時釋放出的巨大能量作為人類的能源，必須對劇烈的聚變核反應加以控制，因而稱為受控核聚變。實現受控核聚變的的首要條件是需要極高的溫度。兩個氘核的聚變反應，溫度必須高達一億攝氏度；對于氘核與氚核間的聚變反應，溫度必須在五千萬攝氏度以上。

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

還有一個引發受控反應的必要條件，就是要對參與反應的燃料等離子體氣團施以足夠的壓力和混合聚集，也就是對它們加以必要而充分的約束。因為在1億度的高溫下，等離子體中的粒子速度可高達每秒1千公里以上。如果不加約束，這些等離子體會在瞬間逃之夭夭。為了保證反應的持續進行，這種高溫高密的等離子體氣團還必須能維持足夠長的時間，這就需要找到一個“容器”，并且利用約束手段將高溫高密的等離子體約束起來，不讓它損壞容器。

50多年來對核聚變的研究，不外乎沿著磁約束和慣性約束兩大途徑進行。磁約束是利用強磁場可以很好地約束帶電粒子這個特性，構造一個特殊的磁容器，建成聚變反應堆，在其中將聚變材料加熱至數億攝氏度高溫，實現聚變反應。慣性約束與磁約束不同，實際上對等離子體不加約束。而是利用粒子的慣性，在它們來不及跑散之前就發生聚變反應，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，不過氫彈是靠原子彈引爆的，而人類目前還無法加以控制，于是就改用其它高功率物質（如激光、電子束、離子束）來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，這實際上是一顆顆微型氫彈爆發。

受控聚變反應和受控裂變反應的實際研究都是從20世紀50年代初開始的，時至今日，核裂變反應堆或發電站早已比比皆是，而受控熱核聚變的和平利用卻遙遙無期。專家稱，實現受控聚變是一個比登月還要困難得多的科學工程。樂觀的估計認為，受控熱核聚變能有望在50年后實現商業化。

冷核聚變實驗

曾經引發科學丑聞

既然受控核聚變是解決全人類能源和環保難題的唯一途徑，受控熱核聚變工程研究的前景又如此渺茫，因此有科學家堅持探索實現冷核聚變的可能性。

大約在1984年，有兩位電化學家開始關注起在低溫下產生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國皇家學會的成員和南安普敦大學的電化學研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國猶他大學的化學教授。他們設想，如果強行把兩個氘（氫元素的一個變種）原子核擠進一個容不下兩個原子核的小空間，這兩個氘原子核就有可能發生聚合。金屬鈀的分子結構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。他們的假說是：電流從陽極向陰極的運動會迫使氘原子核從重水移入鈀的晶格，從而在那里發生聚變。因為這種聚變將會是在接近室溫的條件下發生，比起在極高溫度下發生的聚變，它是“冷的”。

1989年3月23日，弗萊西曼和龐斯突然舉行新聞發布會，宣稱在實驗室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實現了常溫常壓下的“冷核聚變”。消息傳出，整個科學界似乎都亂了套。美國猶他州的眾議員歐文更是把冷核聚變說成“人類自發明火以來最偉大的發明”，猶他大學校長彼得森特意趕到華盛頓，為成立一個冷核聚變研究中心申請2500萬美元經費，世界各地至少有1000個實驗室先后行動起來。但是，始終沒有人成功地重復出弗萊西曼和龐斯的實驗結果，他們倆的故事也就成了科學界幾乎人人皆知的反面教材。甚至被指為“病態科學”、“偽科學”，并與N射線、偽氣功等現象相提并論。美國的高級科普雜志《科學美國人》(Scientific American)甚至提出要給弗萊西曼和龐斯頒發“搞笑諾貝爾獎”。1989年11月，美國能源部組織成立的一個由22人組成的專家小組，在經過6個月的調查后，對冷核聚變給出了否定性的結論，其中最重要的兩條調查結論，其原文內容是:(1)迄今為止所進行的有過熱放出的實驗結果不能提供令人信服的證據來說明，這種被稱之為冷核聚變的現象可以作為能量的一種有用的來源；（2）被稱之為冷核聚變的這一新的核反應過程的發現，其給出的證據是不令人信服的。美國能源部的這一報告，其影響當然超出了美國國內，對全世界這一領域的研究都帶來了巨大的否定性影響。時至今日，國際權威學術刊物仍拒絕發表支持冷核聚變的實驗結果。對于冷核聚變的許多進展很多人不以為然，抱著全然否定的態度。

冷核聚變研究

在爭議聲中艱難前行

另一件影響較大的冷核聚變實驗發生在2002年。當年的3月8日，享譽盛名的美國《科學》雜志發表的一篇研究論文。來自美國橡樹嶺國家實驗室、特洛伊倫塞勒理工學院和俄羅斯科學院的科學家聲稱，在相當于三個咖啡杯大小的燒杯里面，觀測到了核聚變反應發生的跡象。這篇論文招致了同行激烈的批評，而批評意見首先來自橡樹嶺國家實驗室內部。在同意塔利亞克漢及其合作者向《科學》提交論文后，橡樹嶺要求該實驗室的索爾特馬什等人采用另外一種探測器進行檢驗。不幸的是，索爾特馬什說，他們在實驗中沒有探測到核聚變反應發生的跡象，塔利亞克漢等人的結果純屬假象。塔利亞克漢則辯稱，他這兩位同事錯誤地理解了那些實驗數據。橡樹嶺以外的科學家們迅速加入到這場論戰，處處可見尖銳的評論。一些科學家將矛頭直指《科學》雜志，指責《科學》不應當發表一篇極富爭議的論文。

不過，這一次與1989年的“冷核聚變”事件的性質完全不同。弗萊西曼和龐斯是在論文沒有發表之前就匆匆發布新聞的，而塔利亞克漢等人的論文是通過同行評審程序后公開發表的。《科學》雜志也希望“論文”的發表能夠促進公開透明的討論，這是非常正常的科學爭論。

雖然主流科學界對冷核聚變持否定態度，但是也有許多科學家并未就此罷休，22年來，不斷有人堅持探索“冷核聚變”的可能性。美國麻省理工學院的彼得·哈格斯坦教授一直在進行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學的約翰·達西教授不僅自己相信“冷核聚變”存在，還培養了一群弟子，繼續這項研究；意大利的奧古斯都－蒙梯大學在重復“冷核聚變”實驗中還取得了不小進展；德國、日本、以色列等國的科學家也在繼續這項實驗，他們甚至聯合起來，成立了一個“國際冷核聚變科學協會（ICCF）”，每隔一年半組織一次學術研討會。還有很多科學家關注冷核聚變研究工作，只不過多數處于“地下工作方式”。如曾在洛斯·阿拉莫斯國家實驗室工作的科學家斯托姆斯，在靠近其住家附近建立一個冷核聚變實驗室。在加州SRI研究中心(非盈利私人研究所)工作的麥庫伯里，是最杰出的冷核聚變實驗學家。已進行了20年的冷核聚變探索的麥庫伯里聲稱，他已進行了5萬小時的實驗，并已50次“準確無誤地”記錄到裝置產生多余的熱量。麥庫伯里說：“冷核聚變實驗不能按要求進行重復實驗的主要原因，是材料的問題。必須開發出一種擁有正確雜質混合物的鈀，或開發出另外一種金屬。”麥庫伯里批評一些主流科學家不承認冷核聚變的事實。他引用量子力學之父普朗克的話說：“科學的每一次進步，都會推出一個葬禮。”麥庫伯里說：“冷核聚變不是偽科學。以反偽科學為名扼殺冷核聚變，會把科學探索中的新生事物反掉。”也有科學家認為，科學上的真偽是相對的，今天反對的偽科學明天可能會變成真科學，而今天的科學明天說不定成為偽科學。的確，科學重在探索未知，科學也正是在探索過程中不斷發展進步的。我們承認人類認識的相對性，人類只能不斷地接近絕對真理，而不可能窮盡它。但相對之中有絕對。在一定的時間和空間范圍內，科學就是科學，謬誤就是謬誤，科學是可以否定謬誤、否定非科學的。我們對科學探索中的艱難曲折甚至失敗總是予以理解和寬容，因為任何科研成果都不是輕易可以獲得的。其中的失誤，不少是科學探索中必須付出的代價。這是人類認識的深化和擴展。某些片面、過時的觀點需要更新，某些失誤需要糾正，這是繼承與發展的過程。