美日科學家開始認真研究低能核反應

物理 海軍 日本 化學 科普 電力那些事 2018-12-13


美日科學家開始認真研究低能核反應


圖片來源:Pamela Boss/SPAWAR/U.S. Navy

劇烈的化學反應:根據widomo-larsen理論,這一塊鈀表面上的坑可能是由低能核反應造成的。

這是低能核反應(Low-Energy Nuclear Reactions,LENR)的重要一年。眾所周知,LENR是一個邊緣研究方向,一些物理學家認為它可以解釋近30年前一項臭名昭著的實驗的結果,該實驗形成了冷聚變想法的基礎。冷聚變想法並沒有經受得住檢驗,世界上只有少數研究人員繼續試圖理解這種不穩定的、產生熱量的反應(正是這種反應激發了那些主張的產生)的神祕本質。

他們的決心可能最終會得到回報,因為日本的研究人員最近成功地通過這些反應更穩定地產生熱量,而美國海軍現在正密切關注該領域。

今年六月,日本幾家研究機構的科學家在International Journal of Hydrogen Energy期刊上發表了一篇論文。在這篇論文中,他們記錄了金屬納米顆粒暴露於氫氣後產生的超熱。在三菱重工等日本機構進行的一系列LENR研究中,這些結果最為突出。

CIC Energigune(西班牙的一個能源研究中心)的物理化學家Michel Armand表示,這些結果很難引起爭議。過去,Armand參加了一個科學家小組,這個小組無法解釋鈀和重水電解實驗中微量超熱的測量結果 ——它們可能可以用LENR來解釋。

九月,美國海軍研究所的Proceedings雜誌發表了一篇關於LENR的文章,標題為“ This Is Not ‘Cold Fusion’”(這不是“冷聚變 ”),該文章在Proceedings的新興技術論文競賽中獲得第二名。早在今年八月,美國海軍研究實驗室授予MacAulay-Brown(一家服務於聯邦機構的安全諮詢公司)1200萬美元用於探索其他事物中的“低能核反應和高級能量學”。

那麼到底發生了什麼?首先是電化學家Martin Fleischmann和斯坦Stanley Pons在1989年發表的臭名昭著的冷聚變聲明。他們聲稱他們在室溫設置下觀察到了超熱。世界各地的物理學家爭相重現他們的實驗結果。

大多數人並不能重現他們的實驗結果,所以指責他們存在欺騙行為,並駁斥了冷聚變的概念。在能夠重現結果的少數人中,包括Lewis Larsen在內的一些人尋找其他解釋。Larsen是Widom-Larsen理論的作者之一,該理論試圖通過LENR解釋這些結果,並於2006年首次將該理論發表。

該理論表明,這些實驗中的熱量並非像冷聚變倡導者所認為的那樣,是由氫原子聚合而產生的,而是由質子和電子合併成中子而產生的。


Widom-Larsen理論

美日科學家開始認真研究低能核反應


1.用氫使鈀等金屬飽和。插圖來源:Emily Cooper。

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2.來自氫的質子在鈀表面電子薄膜內形成“島”。

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3.質子自發地量子力學糾纏,就像一個重質子一樣。表面電子也是如此。

美日科學家開始認真研究低能核反應


4.注入這些質子位點的能量會產生一些糾纏電子,足以與少量質子結合產生中子和中微子。附近的鈀原子捕獲中子。

美日科學家開始認真研究低能核反應


5.鈀原子在捕獲中子時,會釋放出伽馬射線,伽馬射線被“重”電子捕獲並以熱量形式輻射出去。


根據該理論,情況是這樣的。首先是浸入水中的金屬(例如鈀),電解分解水分子,金屬像海綿一樣吸收氫。當金屬飽和時,氫的質子聚集在金屬表面電子“薄膜”上的小“島”上。

接下來的部分難以捉摸一些。質子將量子力學糾纏——你可以想象它們形成了一個“重”質子。表面電子的行為類似於“重”電子。注入能量——一束激光或一束離子束就能做到——就能給重質子和重電子足夠大的推動力,迫使少量糾纏在一起的電子和質子合併成中子。

這些中子隨後被金屬中附近的原子捕獲,在此過程中釋放出伽馬射線。重電子捕獲這些伽馬射線,並將它們以紅外線(即熱量)形式再輻射出去。這一反應會使發生反應的地點消失,在金屬中形成一個小坑。

Widom-Larsen理論並不是LENR的唯一解釋,但它在2010年得到了美國國防部國防威脅降低局的好評。兩位獨立的科學家得出結論認為,它建立在“完善的理論”的基礎上,“解釋了大量LENR實驗的觀察結果,而沒有援引新的物理學或特殊機制”。然而,科學家們也警告說,這一理論在統一LENR研究者和冷聚變倡導者的爭議方面並沒有什麼作用。

該理論還暗示了為什麼結果如此不一致——創造足夠的活性位點來產生足夠量的熱量需要對金屬形狀進行納米級控制。納米材料的研究直到最近幾年才取得進展。

Larsen對他的理論和LENR的前景充滿信心。現在,在研究人員的有力成果和美國海軍等機構的更多關注之後,這一理論可能終於開始在實驗數據中得到證明——這是在通向實際應用的漫長道路上邁出的關鍵第一步。

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