冷聚变(冷核聚变为什么不可能)

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冷聚变(冷核聚变为什么不可能)

这个几乎可以等同于“超级能源”的概念于 1989 年首次提出后,关于其是否真实存在的争辩便一直延续至今,也正由于从来没有得到过肯定的成果,Nature和Science这两本科学界最威望的杂志,至今依旧拒发任何冷聚变研讨论文。主流物理学界一度以为,冷聚变是伪科学。

而现在,冷聚变研讨迎来了一个主要拐点:谷歌联手麻省理工学院等研讨团队决议再度发起对于“冷聚变”的研讨,该研讨的系列进展已经得以宣布。

重新审视的 1989 年“圈套”

依据麻省理工学院的官方说法,该项目旨在以科学严谨的方法研讨冷聚变。其他参与的研讨人员还包含来自英属哥伦比亚大学、马里兰大学、劳伦斯伯克利国度试验室的科学家团队。

有名华人学者、麻省理工学院材质科学与工程教授蒋业明也将参加对这项争议技巧的研目中。

图丨材质科学与工程学系 Kyocera 教授 Yet-Ming Chiang(起源:Tim Pumphrey)

30 年前,冷聚变的首次亮相点燃人们对超级能源的愿望。英国南安普顿大学的和 Martin Fleischmann、美国犹他大学的 Stanley Pons 公开宣告,在用钯阴极电解重水时观测到了难以用化学反响来说明的大批热发生。他们用氘氘聚变来说明这个常温中的“超热”现象,而氘氘聚变须要上亿度高温能力实现。两人将其称之为“冷聚变”。

也就是说,这种冷聚变推翻了核聚变必需在超高温下能力进行的传统认知,这意味着它可能发明无穷的无碳能源,煤炭、石油等一切其他能源将成为过去时。也正因此,这个研讨得到了全世界的关注和热议,许多科学家开端反复二人的试验,但“冷聚变”却没再涌现过,例如自那以后,美国能源部的两份评估报告都没有发明这种现象的证据。

由于无法反复,两位宣称发明“冷聚变”的科学家也因此被以为是“骗子”。之后两人亦关闭了试验室,退出科学界。“冷聚变”成为人类科学史上最具争议的一段公案,这个话题被搁置了 30 年 (相比之下,科学家对“热”聚变的研讨一直在连续,包含与将聚变技巧商业化的 SPARC 公司合作。

图|两位冷聚变提出者(起源:维基百科)

但小规模内,还是有人在进行相干的研讨。到了 2015 年,谷歌开端赞助有争议的冷聚变科学试验。由谷歌赞助的科学家团队,愿望通过科学严谨的同行评议,重新探讨冷聚变的可能性。最近发表在Nature上的一份进展报道,也首次公开描写了该团队的相干研讨。

这个团队包含来自各个合作机构的大约 30 名研讨生、博士后和科学家,所有人都可以拜访彼此的数据和装备,并可以相互审查对方的工作。虽然他们还没有发明任何有关实现冷聚变的证据,但他们确切发明了有关金属-氢相互作用的新看法,这种相互作用可能会影响低能百思特网量的核反响。研讨小组仍然对冷聚变的研讨很感兴致,并愿望他们的研讨能鼓励其他科学界的人士为这一范畴贡献数据。

研讨人员称这些科学技巧可能有益于能源研讨。尽管冷聚变仍然未能实现,该团队还是愿望他们的工作能鼓励其他人重新审视冷聚变试验。

谷歌研讨项目经理 Matthew Trevithick 说:“这不仅仅是对冷聚变的寻求,如果是这样的话,我们不可能对这个团队坚持这么长时光的兴致。”Trevithick 说,谷歌耗资 1000 万美元支撑这个项目,一个目的是在缺少可靠科学数据的范畴严厉测试冷聚变。另一个目的是在具有挑衅性的试验条件下推广研讨办法。但他弥补称:“我们的兴致之一,确定是取得伟大的研讨结果。“

团队摸索了三种用来发生冷聚变的试验装置。两种涉及钯金属和氢,另一种涉及金属粉末和氢。三种装置都没有发明冷聚变的证据。在过去的两年里,这些研讨成果发表在了 12 篇论文中:9 篇发表在同行评审的期刊上,3 篇发表在 arXiv 预印本服务器上。

一些科学家对谷歌项目带来的详细结果表现欢迎。但英国牛津大学理论物理学家 Frank Close 表现,科学主流躲避这一话题有充足的理由:没有人能够独立重现这一发明,并且找出更有价值的话题。Close 说:“理论上冷聚变是不可能的,而且有大批成熟的科学研讨也表明,冷聚变是不可能的。”1989 年 Close 参与了重现百思特网最初试验。

蒋业明回应 3 个症结问题

(起源:A123)

这支团队中的一名主要参与者,正是来自麻省理工学院的蒋业明教授。蒋业明不但是全球材质科学范畴的威望专家,也是电池、材质创新的引导者,曾经先后开办过 A123、桌面金属、24M 等业内有名初创公司。在接收麻省理工学院官网采访时,蒋业明亦回应了几个症结问题,尤其是在为何选择参加冷聚变研讨以及目前所取得的进展上,以下为对话全文:

问:为何参加这个许多人都不会斟酌的项目?

蒋业明:2015 年春天,Google Research 的高等项目经理 Matt Trevithick 找到了我,他非常谨严,一开端甚至有点挑刺,然后他问了我一个问题——你对冷聚变怎么看。我对他的答复是,我对它的科学价值没有任何意见,因为在 1989 年,当冷聚变失败时,我正在全力研讨高温超导体,它也在 1986 年至 1987 年失败了。我们在试验室里对这个课题进行了大批的研讨,并且和麻省理工学院的合作者们成立了一家公司。所以冷聚变的胜利和失败,我是可以懂得的。然后 Matt 问我是否对这个感兴致。

谷歌招募这个团队时,没有规定我们做什么,而是让我们找感兴致的事情去做。我们写的提案都是经过内部审核的。我感兴致的是电化学,尤其是固态电化学,它是一种非常壮大的驱动力,可以发明出不同寻常的物资状况。我们之前已经把这个想法运用到高能电池和电化学驱动器上,这是电化学处置物资的另一个有趣的范畴。

这个项目是机密进行的,不愿望谷歌赞助的事实成为研讨的干扰。在最初的几年里,他甚至没有告知小组的其他成员他们在试验室里进行储氢试验的真正原因。

团队中有一名博士后 Ariel Jacks(www.isoyu.com原创版权)on,他在最初的提案中施展了主要作用。后来,博士后 Daniel Rettenwander 和 Jesse Benck、研讨生 David Young 参加。我百思特网们共同寻求的理念是应用不同类型的电解质、液体、聚合物和陶瓷作为介质,通过电化学方法将氢注入钯金属中,以到达尽可能高的负载状况。我们还开发了一些技巧,可以比以前更准确、更精确地动态测量负载。到目前为止,我们已经能够到达 H:Pd 比值为 0.96,其理论最大值为 1,测量不肯定度为_+_0.02。这些成果刚刚发表在了《材质化学》(Chemistry of Materials) 杂志上,我们在这项工作中采用了十分谨严的办法,光是论文的弥补信息部分就长达 50 页。

(起源:ACS)

问:你们发明了什么? 为什么团队选择现在出版研讨结果?

答:Nature杂志明白指出,到目前为止,我们还没有发明令人佩服的冷聚变证据。我们的目的是严谨客观,我以为我们已经胜利地避免了任何情势的“确认成见”。然而,我们也懂得到,冷聚变所需的高氘浓度比我们预想的要难得多。而且,团队的研讨做出了许多其他的发明,同时也实用于其他科学范畴。

谷歌从一开端的目的就是赞助一个多机构合作的项目,然后悄无声息而又紧锣密鼓地进行,最后在同行评审的期刊上发表其研讨成果。现在刚好是时候颁布这个项目,告知人们我们发明了什么,没有发明什么。这个项目我们还没有完成,很大水平上这只是一个开端。我们愿望其他人参加到研讨材质科学、电化学和环绕这个主题的物理学中来。

问:麻省理工学院的下一步筹划是什么?

答:麻省理工学院的项目还在进行中,我们正在寻找新的成员参加这个团队。我们在过去三年里的研讨,找到了应用电化学和材质科学发明高负载金属氢化物的新办法:钯,但也还有其他金属。我们信任,我们已经发明了某些症结点,可以让我们创立以前无法达到的状况。如果我们能掌握这些物资的发生,它们将会成为其他试验中非常有趣的目的材质,这些试验将会在更普遍的项目中进行,例如,在劳伦斯伯克利国度试验室的等离子体放电装置中视察氘-氘聚变发生的中子。

挑衅极限

目前,学界以为核聚变只产生在像太阳这样的极端环境中,在这种环境下,高平和高压可以使氢原子战胜相互排挤,融会成氦,并释放出伟大的能量。地球上的一些试验试图复制这一现象,但还不能发生足够的能量来填补它们反响时所须要的大批能量。

原子在低温度下产生聚变的可能性是微乎其微的。但是,如果可能的话,这种现象将带来伟大的利益,因为它解决了核聚变的伟大能量需求。

研讨人员对三种他们以为足够可信的试验进行了追踪。在其中一个试验中,他们试图往钯中参加必定假设量的氘,这些是触发聚变所必须的。但在高浓度下,研讨小组无法发明稳固的样本。

上世纪 90 年代,美国物理学家声称用热氘离子脉冲轰击钯,发生了异常程度的氚 (另一种重氢同位素,仅通过核反响发生)。谷歌对核特点的剖析表明,该试验没有发生氚。

最后一个试验包含在富氢环境中加热金属粉末。目前一些冷聚变的支撑者声称,这个进程会发生过剩的、无法说明的热量,他们以为这是元素融会的成果。但是在 420 次测试中,谷歌团队没有发明所谓的热量多余。

但研讨人员表现,这两种涉及钯的试验都值得进一步研讨。他们以为,氚试验中假设的效应可能太小,无法用现有装备测量。该团队还表现,进一步的工作可以在极高的氘浓度下发生稳固的样品,这样可能会产生有趣的现象。

Trevithick 说,所有的项目都推进了试验办法的前进,包含开发“世界上最好的热量计”来检测极端试验条件下轻微的热量多余。这些可能会用于未来的测试。

对于这支正在挑衅极限的队伍,新西兰奥克兰大学的电化学家 David Williams 表现:“我以为科学家们做得非常好,尤其是在他们如何驾驭这个有争议的话题上”。Williams 以为,挑衅测量科学的极限也很主要。Williams 的团队对最初的声明也进行过一些复制研讨,但是失败了。

诺丁汉大学宁波分校的电化学家 George Chen 表现,研讨小组开发的装载钯的技巧,也可能赞助研讨人员进步电池和燃料电池的材质的储氢才能。

图|著名民众媒体对 1989 年试验的报道(起源:互联网)

温哥华英属哥伦比亚大学的化学家 Curtis Berlinguette 是该项目标重要研讨人员之一,他对“经典”的冷聚变试验持疑惑态度。但他对这项工作觉得高兴,他以为新一代有发明力的科学家可以开发出在低温下驱动聚变反响的办法。有些人可能会对团队做出严格的批驳,但该项目只是摸索了一个尚未开发的范畴。由于成见,这是科学禁区,他说。“这是我们作为科学家应当做的。”