核聚变不同领域的进展

可行的融合能力–驴子前的胡萝卜？

当我十岁左右的时候，我记得听说核聚变能将在“大约三十年后”成为现实。此后，这一估计数一直稳定增长，而现在，已经过了四十多年了，我们听说融合力量将“在大约五十年内”投入使用。那么，基于聚变的电站帮助我们避免迫在眉睫的能源危机的真正可能性是什么？使两个原子核融合并不容易，因为两个原子核都带有正电荷，因此它们的自然倾向是互相排斥。因此，需要大量的能量才能将它们压在一起，以便它们可以融合。为此，必须满足与恒星中可比的极高温条件。为了使特定的原子核相互融合，必须达到特定的温度。这被称为“临界点火温度”，大约为4亿摄氏度，两个氘核融合，而更适度的1亿度足以使氘核与tri核融合。由于这个原因，最需要追求的是氘-fusion融合，因为它应该最容易实现和维持。

tri的一个缺点是它具有放射性，并会以约12年的半衰期衰变，因此，其天然存在的量可忽略不计。但是，using可能会使用最初的氘-fusion聚变中产生的中子从锂中“繁殖”出来。理想情况下，该过程将自我维持，锂燃料通过转化为tri而燃烧，然后then与氘融合，释放出更多的中子。尽管不是无限的，但有足够的已知锂资源可以执行大约一千年的全球融合计划，请注意锂还有许多其他用途，包括各种类型的电池和精神分裂症药物。如果可以从海洋中提取锂，则供应实际上是无限的。

在工作方案中，将需要通过熔化产生的一些能量来维持燃料的高温，从而使熔化过程变得连续。在约100-3亿度的温度下，氘/锂/ tri混合物将以等离子体形式存在，其中原子核是裸露的（失去了其最初的原子电子云），因此暴露于与另一个。

维护可能用于燃烧发电厂的聚变反应堆的主要困难在于容纳等离子体，该过程通常称为“约束”，而整个过程则称为“电磁约束聚变”（MCF）。本质上，等离子体被限制在一个磁性瓶中，因为其成分中带电的原子核和电子趋向于跟随磁场，磁场的排列方式可以使力线占据规定的区域，从而集中到特定的体积。但是，等离子体是一个“复杂的”系统，很容易变得不稳定并泄漏出去。与恒星不同，等离子体是高度稀有的（低压气体），因此在地球上无法实现为太阳提供动力的质子-质子循环，因为它仅是太阳中高密度的核。核能使该过程可持续地发生，并且等离子体包含在其自身的引力质量中，并在冷的空间真空中被隔离。

2005年6月，欧盟，法国，日本，韩国，中国和美国同意斥资120亿美元在2014年前建造一种实验性聚变设备（称为ITER）。计划在接下来的20年中将ITER用作研究工具，所获得的知识将为构建更先进的研究机器提供基础。再过30年，如果一切顺利，第一批商业化的聚变电力可能会投产。

欧洲联合圆环（JET）

我最近参加了一次有趣的活动-在英格兰东南部的雷丁镇举行的“咖啡馆”科学会议。我也在这个舞台上表演过，谈论的是“石油用完了会发生什么？”，这仍然是一个相关的问题。这次轮到位于牛津郡阿宾登附近的库勒姆聚变能源中心的克里斯·沃里克博士来了，该中心同时举办了MAST（兆安级球形托卡马克）和更著名的JET（欧洲联合圆环）实验。观众中有一位经验丰富的工程师/物理学家，他在1950年代后期从事了开创性的ZETA4实验，从中发现了中子，导致后来证明是虚假的说是发生了聚变，其真实来源是同一版本的不同版本。困扰早期机器的不稳定过程。

尽管如此，他的评论还是很明显的：“在五十年代末期，我们被告知，聚变能距离现在只有20年，而现在，距今已有50多年了，也许还有60年。”确实，JET尚未产生输出功率/输入能量的正比，并且等离子体的不稳定性仍然是一个问题。Warrick博士解释说，虽然现在已经解决了许多等离子体物理问题，但磁场中的微小像差使一些等离子体泄漏出去，并且如果它接触到密闭室更冷的壁，它只会“死亡”。在JET中，正在进行的是两个氢同位素氘和tri的核的融合，如前所述，该过程需要1亿度的“温度”。

我之所以说“温度”，是因为等离子体是稀有气体（非常低压），因此粒子之间的碰撞不够迅速，因此该术语表示的能量分布与在热平衡条件下发生的能量分布相同。它与大气层中分子在地球表面上方约80公里处所引用的温度几乎相同。在这里，大气也非常稀少，因此得出的温度是指分子的平移运动，更有用地表示为速度。无论如何表示，在1亿摄氏度下，tri和氘的原子核具有足够的平移速度（具有足够的能量），它们可以克服由于其正电荷而产生的相互排斥，并且距离足够近，以至于它们被有吸引力的核力吸引在一起。保险丝，在此过程中释放大量能量。

JET不是一个小设备，高18米，但是在该技术可能释放出比其消耗的更多能量之前，将需要更大的机器。尽管腔室的容积很大，但它可能只包含百分之一克的气体，因此压力非常低。还有另一件事，那就是等离子以及因此的能量发射可以维持多长时间。目前只有一秒钟的时间，但是一个严重的“发电站”将需要运行几个小时。即使可以克服前述的和相当大的问题并维持可持续的大规模等离子体，也存在从等离子体获得有用能量以转换成电的问题。

计划是用一个“毯子”锂围绕着反应室，其中的锂离子通过管子穿过，并通过一些热交换器流体。然后，加热后的流体将其热量传递给水，并驱动蒸汽轮机，这种蒸汽轮机用于燃烧矿物燃料和核电站的时间已久。现在我的理解是，它不是锂金属，而是某些氧化物。热量将以高能中子的形式传递，当它们通过毯子时遇到锂核时，它们会被放慢。原则上，这是一个非常巧妙的技巧，因为锂核吸收中子会将其转换为tri，然后可以将fuel作为燃料反馈到等离子体中。与氘不同，tri是自然界不存在的元素，具有放射性，其半衰期约为12年。不管是单独生产还是用毯子生产，锂本身都是最终的燃料来源，而不是tri本身。氘确实存在于自然界中，但仅存在于大约两千个普通氢（pro）中的一部分，因此分离它的能源成本并不是可忽略的。

等离子体产生的中子通量非常高，为了提高锂到tri的总体繁殖效率，反应堆将被约三英尺厚的“锂”毯包围。强烈的中子通量将使用于建造反应堆的材料具有高放射性，以至于操作员无法进入其附近进行日常维护。放射性物质的处理需要与核裂变产生的核废料的处理要求类似，因此聚变不像通常要求的那样“清洁”。暴露于制造反应堆，覆盖层和其他组件（如热交换器管）所必需的许多潜在材料的辐射下，它们会变脆，从而损害其结构完整性。也有可能用铀代替反应堆周围的锂覆盖层，因此可以选择繁殖用于核武器的p。

提供一个相当强的磁场来限制等离子体（也许特斯拉-类似于医院的MRI扫描仪中的磁场）需要电源（直流电不是交流电，因为切换磁场的极性会导致等离子体崩溃），并且需要大功率电源使用化石燃料开采和加工的包括稀土在内的许多金属。稀土问题已经很麻烦了，是否有足够的稀土回收以满足现有的计划中的风能和电动汽车项目尚有待商,，更不用说应该对已经脆弱的资源施加更多压力以建设第一代聚变发电了站。

世界锂的供应也已经受到压力，因此获取足够的锂不仅可以用来制造聚变反应堆和production生产的毯子，还可以用于将我们的运输能源需求从石油转移出去所需的数百万规模的电动汽车车队。除非我们尝试从海水中获取桥梁，否则桥梁的距离太远了，海水消耗的能量比开采锂矿物要多得多。工程要求也将是巨大的，但是，很可能迫使需要面对尚待解决的问题，即使根据专家们最有利的预测，聚变能力如果能够实现，仍然还有60年的路程。鉴于能源危机将在此之前很久发生，我建议我们寻求更直接的解决方案，主要是在能源效率方面，并且有足够的余地。

再次引用ZETA的资深人士的话：“我不知道人类是否不打算进行核聚变”，总而言之，除了太阳能以外，我不知道他是否对。无论如何，从聚变中获得实际电能是遥不可及的，因此它不会对紧迫的化石燃料危机（尤其是石油和天然气）产生影响。聚变动力是一个长期的“圣杯”，是人类可以永久地继续以目前规模使用能源的幻想的一部分。效率和节约是减轻即将来临的能源和资源危机的唯一真正手段。

英国和美国在激光融合能源上携手合作

英国公司AWE和卢瑟福·阿普尔顿实验室已与美国国家点火装置（NIF）联手，通过惯性约束聚变（ICF）来提供能量，其中惯性约束聚变使用强大的激光加热一小块燃料。自1950年代后期以来，英国科学家一直在尝试使用磁约束（MCF）实现氢核（tri和氘）的融合。总部位于英国的联合欧洲圆环（JET）是世界上最大的此类设施，可以被视为法国国际热核实验反应堆（ITER）的原型。到目前为止，尚未达到“收支平衡点”，等离子体消耗的能量尚未产生比维持该能量所需的能量更多的能量。此外，存在已经提到的不稳定问题。

另一种方法是惯性约束聚变（ICF），其中核的聚变是通过加热和压缩燃料靶来引发的，通常以包含氘和tri的颗粒形式存在于称为holraum（空心空间或空腔）的装置中，非常强大的激光能量从激光传递到大气压腔的内表面，产生高能X射线。这些X射线撞击到目标上会导致其外层爆炸，并通过牛顿反作用力将目标的内部物质向内驱动，从而将其大量压缩。还会产生冲击波，它们会向内传播穿过目标。

如果冲击波足够强烈，目标中心的燃料将被加热并压缩到可能发生核聚变的程度。聚变反应释放的能量然后加热周围的燃料，在其中原子核可能会进一步融合。与MCF中的“收支平衡”相比，在ICF中寻求一种“点火”状态，在这种状态下，可实现消耗大量燃料的自持链反应。燃料芯块通常包含约10毫克燃料，如果全部消耗掉，它将释放出与燃烧一桶石油等效的能量。实际上，只有一小部分燃料被“燃烧”。也就是说，“点火”将产生比盈亏平衡点值更多的能量。

在NIF，人们希望在几年之内点火，或者比MCF的驴“距今50年”之前的胡萝卜早得多，尽管还有很多工作要做。据报道，来自世界上最强大的NIF激光的单发已释放出“十亿个中子”，并在不到一秒钟的时间内产生了比整个世界更多的能量，尽管要实现点火，需要增加一千倍。

毫无疑问，这是一项真正的突破，但是与MCF一样，该技术可以在多长时间后才能用于实际发电站？也存在许多不平凡的辅助挑战，尤其是将能量从反应堆中实际转化为有用形式的次要步骤，即像其他所有类型的热力发电厂一样，利用热量驱动蒸汽轮机发电。比方说，与燃煤和天然气或核电厂相比，这是一项非常复杂且未经测试的技术。实际的核聚变能力最多还需要数十年的时间，这个概念不应被当成是世界即将来临的能源危机已经减轻的赤字。

最直接的是，任何形式的融合都没有解决的问题是，随着常规石油和天然气供应的减少，提供液体燃料的问题是解决这一问题的最紧迫的问题。仅仅几年而不是几十年的奢侈。

“冷聚变”证明？

我对被称为“冷聚变”的现象记忆犹新。早在1989年，斯坦利·庞斯（Stanley Pons）教授和马丁·弗莱希曼（Martin Fleischman）教授宣称，与以电能形式输入到含氘氧化物（“重水”）的电化学电池中相比，他们以热量形式提取的能量多40％。他们提出氘核已经经历了核融合。这种潜在的含义是惊人的：它不是试图模仿大约一亿度的大规模高温条件，而这种条件是克服强大的库仑力所必需的，库仑力倾向于使两个带正电的原子核分开，例如在“热”状态下。在进行等离子体融合时，以某种方式克服这一障碍是可行的，以便该过程可以在室温下进行。

当世界上许多其他研究小组发现自己无法重现其结果并确认其主张时，庞斯和弗莱希曼大都被视为“骗子”，因此被驳回为毫无根据。但是，请注意以下评论，此现象表明此现象已在全球许多高度可信的实验室中得到证实。我记得其他工人确实发现了一些非常奇怪的效果-例如，一个年轻人在试图证明“融合在试管中”现象时，一个冷融细胞爆炸，当时他被杀害。描述了它。因此，真实的事情正在发生，融合与否。一位资深科学家和冷融合的拥护者尤金·马尔洛夫（Eugene Mallove）博士在骚乱中被谋杀，当时引发了许多阴谋论。

这件事从来没有完全消失，我记得在《卫报》或《新科学家》（或两者）上读过一篇文章，认为美国的一位科学家声称在暴露六氘丙酮（即C3D6O而非更常见的是C3H6O）。我记得，科学界谴责了他的科学教条，即不存在冷聚变，而且由于没有理论可以解释冷聚变而使他不屑一顾。但是，日本的一位教授显然已经证明，如果将氘气通入含有复合钯-锆氧化物（Pd-ZrO2）纳米粒子的反应器中，则会产生氦4（确定的聚变迹象？），反应器的温度会升高。上升，其中心保持温暖50小时。

如前所述，如果这是真的，那将绝对令人着迷，也许需要对一些公认的科学定律进行实质性修改。但是，从实践的角度来看，即使现实中已经实现了冷聚变，处理能源紧缩问题，我们是否找到了救赎之路？坦率地说，我不这么认为。我还没有任何关于使用多少Pd和氘气来运行该电池以及产生多少多余热量的数据。但是，我还没有确信，产生氘气（通过电解氘氧化物-“重水”）和首先制造足够的重水来供给电解装置所需的能量将被下列物质抵消： “聚变”反应堆的最终热输出。接下来是钯金属的可用性，将其制造为复合纳米粒子的能量等问题，以及如何有效地提取热能，例如用于建筑物或驱动电力涡轮机？对于来自等离子体的“热”聚变，能量提取的问题更为严重，即使等离子体能够持续存在，该等离子体仍会产生尚无法承受的已知材料能提取热能的超高能中子。

能量催化剂

以“能源催化剂”为幌子，“冷聚变”问题再次浮出水面。这也称为E-Cat，被称为低能核反应（LENR）热源，是发明人Andrea Rossi的创造。大众媒体已就此主题撰写了大量文章，以下重点摘录自有用的维基百科文章11，其中包含我已阅读并确认为准确的原始参考文献。罗西（Rossi）和物理学家塞尔吉奥·福卡迪（Sergio Focardi）于2011年4月6日在意大利批准了一项专利，该专利将E-Cat指定为“特别是从镍和氢中获得放热反应的过程和设备”。现在，这变得有趣了：罗西（Rossi）和福卡迪（Focardi）表示，该装置的工作原理是将加热的氢注入镍中，然后将其转变为铜并产生热量。但是，一项国际专利申请收到了关于专利性的不利的国际初步报告，因为它似乎“违背了公认的物理定律和既定的理论”，并且得出的结论是，该申请缺乏实验证据或坚实的理论基础。符合目前的科学认识。该设备已向许多受邀观众演示，但尚未经过独立验证。马克·吉布斯在《福布斯》上写道：“除非有独立的第三方进行可证实的客观分析，确认结果与要求相符，否则没有真实消息。”

设备评估

Focardi担任退休教授的博洛尼亚大学已经非常清楚地表明，到目前为止，它根本没有参与过该设备，但与安德里亚·罗西（Andrea Rossi）签订合同后，它将立即在E-Cat上进行实验。的意大利公司（EFA Srl）生效。2011年11月23日，Corriere della Serara在其博洛尼亚版上报道说，该大学与罗西的合同有望在“几周之内”开始，并且研究结果将在科学期刊上发表，可能是“通过夏天[2012]”。正如Ny Teknik报道的那样，瑞典隆德大学核物理系讲师PeterEkström指出，化学反应不太可能提供足够的能量来克服库仑势垒，缺少伽马射线，没有解释多余能量的来源，即未检测到将质子与58 Ni融合后的预期放射性，无法解释乏燃料中11％的铁的存在，乏燃料中10％的铜恰好具有相同的同位素比由于它是天然存在的铜，并且在乏燃料中没有不稳定的铜同位素，这表明只产生了稳定的同位素。乌普萨拉大学的物理学教授Kjell Aleklett说，对于任何已知的涉及镍的核反应来说，铜的比例都太高了，而且很明显，铜的同位素比与天然铜相同（这意味着它来自而不是任何process变的过程）。

电子猫的实际演示

一月和二月进行了两次这样的示威，下面的列表中进行了总结。探索频道（Discovery Channel）的分析师本杰明·拉德福德（Benjamin Radford）在报告1月的示威活动时写道：“如果您觉得这一切令人讨厌，那应该，并且”“在许多方面，冷聚变类似于永动机。这些原理违背了物理定律，但这并不能阻止人们定期声称自己发明了或发现了一个定律。

公牛2011年3月29日，两位瑞典物理学家HannoEssén和Sven Kullander目睹了对一个较小版本的Energy Catalyzer的测试，该测试运行了六个小时。据称已经实现了4.4 kW的净功率输出，总能量输出约为25 kWh。对未使用粉末的分析表明，它是纯镍，而从反应堆中取出的粉末（据报道使用了2.5个月）包含10％的铜和11％的铁。库兰德说，铜的存在“证明了在该过程中发生了核反应。但是，其他研究人员Ekström和Aleklett得出结论，由于铜的同位素比与天然铜相同，并且其比例过高，因此很可能是由污染引起的。值得注意的是，专利中根本没有提到铁的形成。埃森（Essen）和库兰德（Kullander）在评估中保持警惕，写道：“由于我们无法访问中央燃料容器的内部设计……我们只能提出非常笼统的评论。埃森后来说：“我对此仍然非常不确定。

公牛2011年10月6日进行了一次电子猫的试运行，据报道持续了大约8个小时，乌普萨拉大学的名誉副教授罗兰德·佩特森说：“我坚信这是可行的，但仍有进行更多测量的空间”。

潜在的商业开发

希腊公司Defkalion原本打算建造一个基于Energy Catalyzer的供热厂，但交易未能达成，尽管该公司已宣布计划制造类似的设备。罗西（Rossi）于2011年5月与俄亥俄州的AmpEnergo达成交易，以在北美和南美的Energy Catalyzer上获得许可和产品销售的特许权使用费。据报道，工程师多梅尼科·菲奥拉万蒂（Domenico Fioravanti）于2011年10月28日对基于能源催化剂的1兆瓦发电厂进行了测试，尽管未透露客户名称。菲奥拉万蒂（Fioravanti）声称，该工厂在5.5小时内产生了2,635千瓦时的电能，相当于479千瓦的平均功率输出。不允许独立的观察员，而且在整个测试过程中，工厂还应保持与电源的连接，据称该设备可以运行风扇和水泵。据报道，客户随后拥有了该工厂。罗西声称还有另外13台1兆瓦机组的订单，每台售价200万美元，此外还有一位未透露姓名的客户，该客户从10月28日开始进行测试。意大利流行科学杂志《焦点》（Focus）表示，有12台机组其他单位应提供给同一未公开的客户。罗西评论：“我们正在建设一座13兆瓦的热电厂，由13座电厂组成，例如您在10月28日看到的那座电厂：但这是一项军事研究，我无法透露任何进一步的细节，无论是名称，地点还是地点，客户的国籍”。

四名瑞典企业家（其中两名是粒子物理学家）拥有一个网站Ecat.com，用于出售该设备。在回答有关该设备的怀疑评论的问题时，物理学家之一马格努斯·霍尔姆（Magnus Holm）回答说：“直到罗西（Rossi）进行独立测试，很可能它不起作用。我们愿意冒这个险，因为如果这项技术行之有效的话，它将是一项如此惊人的技术。”当被问及他是否“助长欺诈”时，霍尔姆说：“我们没有进行任何欺骗，而且我也不认为罗西也有任何欺诈行为。如果事实证明它不起作用，尽管如此，我认为这是在自欺欺人。”这一切都非常吸引人，我只能说：观看这个空间。

通过。克里斯·罗兹教授

克里斯·罗德斯（Chris Rhodes）教授是一位作家和研究员。他在萨塞克斯大学（Sussex University）学习化学，并获得了理学学士学位和博士学位（D.Phil。）。在34岁时成为英国最年轻的物理化学教授。

克里斯（Chris）是一位多产的作家，已发表了400多篇研究和科普文章（有些在国家报纸上：独立和每日电讯报》他最近出版了他的第一部小说《大学混乱》，该小说于2009年4月出版（《梅尔罗斯丛书》）。 http://universityshambles.com