冷核聚变可能吗(冷聚变中国能够做到吗)
近期不少网友都在问：冷核聚变可能吗(冷聚变中国能够做到吗)，小编也是查阅很多资料，整理了一些相关方面的答案，大家可以参考一下。
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目录：
- 1、“冷聚变”科普简史(一)：新希望？伪科学？一个潜在的能量悬念
- 2、太空为何如此寒冷？美媒：原因很复杂
- 3、方舟反应炉核聚变能走进现实吗？
- 4、在未来，冷聚变有可能实现吗？
- 5、钢铁侠那种小型核聚变装置，人类何时才能制造出来？
“冷聚变”科普简史(一)：新希望？伪科学？一个潜在的能量悬念
"冷聚变"——有人认为其是一个"科学神话"，而有人则觉得其是一个"科学笑话"。目前，大型投资者正在调整自己的投资方向，日本和美国处于领先地位。
（看前须知：无论其是否真实存在，这也不妨碍我们对其进行科普以及梳理脉络。毕竟现今有不少科学现象，被各种"所谓"的科研人员、团体或民间科学组织以牺牲严肃的研究为代价来赚钱，并对其进行夸大、虚假宣传——也就是所谓的"科学骗局"。笔者初衷只是单纯为了梳理这些科学理论的来龙去脉，但在搜集资料过程中还是会带有一些主观的偏见，请读者尽量保留个人的主观意见，如有疏漏或者错误，望多多指正！GolevkaTech）
该系列预计分为三期，本文为第一期。
什么是"冷聚变"？而为什么起初其就被认为是一场"骗局"？
一个桌面大小的核反应堆，可以在没有放射性的情况下就能产生能量——这听起来好得令人难以置信。事实上，化学家马丁·弗莱施曼(Martin Fleischmann)和斯坦利·庞斯(Stanley Pons)早在1989年就宣布发现一种名为"冷聚变"(cold fusion，或称"冷核聚变")的新型核能，长期以来其一直被主流科学界视为是一种测量错误，甚至被称为"自欺欺人的"案例。
然而，有一些科学家并不认同这是一个错误，他们发现越来越多的证据表明，在弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）创造的各种条件下，无放射性核能的产生是可以发生的：在晶体材料中注入大量的氢或其非放射性同位素氘。
现在，三个因素的结合（在接下来的30多年里，一些可靠的实验数据结果的积累、关于可重复性的一些关键问题的解决，以及不断发展的技术基础），已经将冷聚变带到了突破的临界门槛，然而另外一些现象又使得它变得不是那么明朗。
目前，各大企业都正在悄悄地投入大量资金进行冷核聚变研究，为可能成为全球能源领域游戏规则改变者的研究做好准备。日本和美国现阶段走在了前列。
在日本，目前其是这一领域的领头羊，发起者兼赞助商包括三菱重工、三菱地产公司、丰田、日产、田中贵金属，以及加热设备的主要生产商三浦公司。
从美国方面来看，谷歌也已经开始如火如荼地发展，其赞助了一项多所大学合作的冷聚变研究，据报道，谷歌还致力于招募全球各地有前途的年轻科学家参与冷核聚变研究。
另一位著名的美国投资者是汤姆·达顿（Tom Darden），其为切诺基投资工业热力部门的合作伙伴。据悉，比尔-盖茨除了从事未来主义核技术的其他方面的工作外，还从事这一领域的工作，这已经是一个公开的秘密。
去年早些时候，在意大利阿西西举行的第22届国际凝聚态核科学会议(简称ICCF-22)上，人们对"冷聚变"的兴趣热潮反响异常热烈。凝聚态核物理是自第一次宣布冷聚变以来30多年来出现的新科学技术领域的技术名称。笔者将在这篇文章和该系列后续的文章中，对目前的情况进行了非技术性的概述。
在1989年，弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）究竟做了些什么？简单地说，他们使用电流将大量的氘强行注入一根钯金属棒中。在一段时间后，钯金属棒开始产生比输入能量更多的热量。在他们的一些实验中，该过剩的热量可以持续了好几天，释放出的能量净量是任何已知化学反应所能解释的能量数百倍。
弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）得出的结论是：其氘核聚变形成氦。核聚变反应，长期以来被认为是太阳的能量
最大的问题是，氢原子核由于带正电荷，而相互彼此排斥。为了使它们接近到足以发生核聚变反应的程度：要么必须将氢燃料压缩到几乎无法实现的密度；要么必须使燃料中的原子核以超高速度相互碰撞——相当于数千万度温度时的速度。至少，这是传统核物理学告诉我们的。
与此同时，核聚变反应总是会释放出大量的高能辐射，这对人类来说可能是致命的，并会导致附近的物质具有放射性。
目前，已经存在可控条件下达到所需温度的技术；但是，尽管在核聚变试验反应堆上投入了数十亿美元，实现"热核聚变"作为一种商业上可行的能源似乎仍然遥遥无期。对于现今的状况来说，我们迫切希望的是，目前正在进行的创新性私人融资项目将至少改善热核聚变的中期前景。
"三重轨道"被认为是氘化钯中子发射的证据。
一场科学的赌博
弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）一开始的想法其实很简单，甚至很天真。众所周知，钯可以吸收大量的氢气。事实上，钯合金已经被研究成一种可在氢动力汽车中储存氢气的有效方法。
此外，化学家们熟悉的电解过程提供了一种方法，其可以在当量相当于普通大气压10,000倍或更多倍的情况下，将氢核"泵"入钯中。在钯晶体内部，氢核以高密度存在，也能够相当自由地移动。
弗莱施曼-彭斯实验的简化方案：用电流将从重水（D2O）中分裂出来的氘核（D）"泵"入钯阴极。
核聚变反应会发生吗？传统的核物理学似乎会告诉我们，几率似乎不大；估计的反应率几乎是无穷小的。
然而，我们有理由认为，当核子嵌入致密的晶体环境中时，与它们在真空中漂浮时的相互作用时不同的。除此之外，氢原子核之间的排斥力可能会因为结晶环境中电子的高密度而大大削弱。在这样的条件下，也许，聚变反应速率的标准估计可能会给出错误的答案。
弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）决定试一试，使用氘（而不是普通的氢），因为它的反应性更高。1989年，当这两位科学家宣布他们在一个桌面大小的实验中，实现了室温下的核聚变——"冷 "聚变时，科学界的怀疑是可以理解的。
在这一惊人的消息发布后，世界各地的科学家纷纷涌向各自的实验室，都想复现出弗莱施曼-彭斯的实验结果。然而，大多结果是惨不忍睹的。在绝大多数情况下（虽然不是全部），他们完全没有发现任何东西。偶尔有些观察到一些零星的热脉冲，有些观察到极少量的辐射，这导致这些"被泼冷水"的科学家们中的大多数，将其归结为虚假骗局或实验错误。
第一代冷核聚变电池，用于美国太空和海军作战系统司令部的实验室进行的早期实验。
只有少数人，包括弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）本人，继续相信冷聚变现象是真实存在的。经过几年的争论，冷核聚变基本上被科学界否定了。主要的科学期刊不再接受关于这一课题的研究论文，政府的财政支持也几乎缩减地所剩无几。
除了真正的科学家之外，一些可疑的人、组织和民间科学团体也出现了，他们试图以牺牲严肃的研究为代价来赚钱。这也无济于事。在这些浑水中，"冷核聚变 "的概念开始与 "病态科学"、"数据伪造"、甚至是"科学欺诈骗局"联系在一起。
那么，为什么谷歌和其他公司现在对这个所谓 "不存在 "的过程如此感兴趣呢？其中一个原因是，人们对全球变暖的关注热度，以及由此产生的对无二氧化碳技术的需求，促使各国政府和私人投资者密切关注所有潜在的选择，包括那些高风险、高回报类别的选择。
据冷核聚变研究先驱、ICCF-22会议的主要发言人迈克尔·麦克库布雷(Michael McKubre)称，谷歌通过研究得出的结论是，仅靠所谓的可再生能源无法解决人类的能源问题。
迈克尔·麦克库布雷(Michael McKubre)在SRI Intl的冷核聚变实验室。
就经济上可行的无二氧化碳发电方面而言，这只留下了某种形式的核能：承诺更安全、更便宜的先进第四代核裂变反应堆，或热核聚变或......冷核聚变？为什么不再试试看呢？
"冷聚变"在寒冬中度过的30年
在上个世纪90年代初，来自高水平国家实验室和大学的少数科学家，尤其是美国、中国、法国、意大利、日本、印度和俄罗斯的科学家，不同意关于"冷聚变"的共识观点。
通过他们自己的实验，他们确信弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）所报告的现象是真实存在的——虽然这些现象是零星的，而且难以可靠地再现。他们继续进行调查，在此过程中，他们常常冒着职业和名誉的风险。
与此同时，一些主流的理论物理学家拒绝接受了冷聚变在物理上是不可能的这一观点。这些人包括诺贝尔奖得主朱利安·施温格（Julian Schwinger）、彼得·哈格尔斯坦（Peter Hagelstein，因其对X射线激光方面的研究而闻名）和著名的量子物理学家朱利亚诺·普雷帕塔（Giuliano Preparata）。
他们指出，弗莱施曼-庞斯（Fleischmann-Pons）实验和相关实验中的核过程是在物理学家从未仔细研究过的条件下发生的。当原子核高密度地嵌入晶体的晶格结构中时，它们的行为会发生根本性的变化。传统核物理学的一些基本规则和假设不再适用。不仅是核聚变，还有可能发生其他核反应。
事实上，一些研究人员认为，在弗莱施曼-庞斯（Fleischmann-Pons）型的实验中，产生热量和其他异常现象的原因——可能不是氢原子核之间的常规核聚变反应，而是其他一些核过程。其中一种可能是：反应可能涉及到宿主材料——例如钯的原子核。(在这些问题得到澄清之前，这一领域的研究者大多倾向于使用 "低能核反应 "(简称LENR)这一包容性术语，而不是冷核聚变。)出于本文科普目的，笔者仍将坚持使用"冷核聚变"这个通俗化、较普及的术语，意在泛指一般意义上的。
在随后的一段时间里，研究人员们不仅在庞斯-弗莱施曼型的装置上进行了大量的实验，而且在氢或氘核被密集地嵌入金属晶体结构的其他各种系统上，也进行了实验。从所积累的数据库来看，令人印象深刻的是。除了产生过剩的热量外，还发现了一系列其他的异常现象，这表明了其极有可能是一种新型的核过程。
一些实验显示出微弱的辐射——证实了核反应的存在，但辐射水平极低，无害，与所产生的热量完全不相称。反复发现的证据表明，实验期间材料的元素组成发生了变化。首先，排除的是实验室污染因素，唯一的解释是核嬗变——一种化学元素转化为另一种元素。这一现象实在是太神奇了。
两个挑战
从一开始，"冷聚变"研究就面临着两大挑战。首先，是如何以完全可重复的方式获得过剩的热量和其他效应。世界各地的实验室里有名望的科学家一次又一次地观察到这些效应是不够的。如果不能 "按需 "演示"冷核聚变"，就很难打消科学界的疑虑，也很难降低潜在投资者的风险认知。
第二大挑战，是为"冷聚变"现象提出一个合理的理论解释：一个可以通过实验验证的理论，可以作为发展"冷核聚变/LENR"及相关技术到商业应用的指南。
事实证明，实现可重复性比原先预想的要困难得多。除了缺乏研究资金外，原因显然在于物理过程本身的复杂性。从ICCF-22会议所讨论的内容来看——"冷聚变"并不是某种神奇的魔术，毕竟如果没有在基础和应用研发方面做出相应的努力，就能立即解决人类的能源问题是根本不可能的。
可以说幸运而又不幸的是，经过近30年的努力，在确定冷核聚变发生的必要条件，以及为未来的商业应用创造技术基础方面，确实取得了巨大的进展。然而，其在"结果"可重复性、可支持"冷聚变"的新物理理论基础等方面仍然没有多到可让公众完全可信的地步。
虽然，"冷核聚变"（或者更广泛地讲，LENR）的存在和可重复性，现在还是不能完全下定论地证实（虽然，已经出现不少证据证明）。更准确地说，笔者在这里指的是：核反应产生大量的热量，在实验室规模内，可以在中等温度下在某些固态材料中植入高密度的氘或氢，并释放出最多可忽略不计的辐射量。
通过ICCF-22会议，从中聆听了研究人员之间的交流，并研究了相关的技术出版物后，笔者认为一个不偏不倚的科学家如果仔细研究这个问题，是不会立即得出任何有失公允的结论的。
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撰写：GolevkaTech
重要声明：此处所发表的图文和视频均为
太空为何如此寒冷？美媒：原因很复杂
美媒称，在太阳系以外遥远的地方，在银河系浩瀚疆域的外面——在广袤太空的虚无中，气体和尘埃粒子间的距离将会增加，从而限制它们传递热的能力。这些虚空区域中的气温可能骤降至大约零下455华氏度（约合零下271摄氏度）。
据美国《大众机械》月刊网站11月22日报道，太空之所以如此寒冷背后有复杂的原因，对物理学家来说，温度的本质是速度和运动。
报道指出，宇宙中的大多数甚至全部热量都来自像太阳这样的恒星。在发生核聚变的太阳内部，温度可能会上升到1500万开尔文（开尔文温度和摄氏温度相差一个常数273.15，即开氏度=摄氏度 273.15——本网注）。而太阳表面温度最高只有大约5800开尔文。
离开太阳和其他恒星的热量以红外能量波形式（即太阳辐射）向太空发散。这些太阳射线只加热其路径上的粒子，因此任何没有直接处在太阳视野中的东西将保持凉爽——可以说是极其凉爽。
在夜间，即使距离太阳最近的行星水星的表面温度也会下降到大约95开尔文。冥王星的表面温度则会降到大约40开尔文。碰巧的是，太阳系中迄今为止记录到的最低温度是在距离地球家园近得多的地方：据英国《新科学家》周刊报道，2018年，科学家们对月球表面一座黑暗环形山的深处进行了测量，发现那里的温度降至大约33开尔文。
那是极度深寒，差不多是零下400华氏度（合零下240摄氏度）那么冷。
但宇宙是广袤的——广袤得难以想象。那么太空真空中的情形是怎样的呢？
人类已经观察到，在附近和遥远的星系中，形成于恒星之间的尘埃和云层网络的温度在10到20开尔文。而含有极少量宇宙背景辐射——即宇宙形成过程中剩余的能量——的太空能量稀薄区域的温度则会徘徊在2.7开尔文左右。这样的温度会危险地滑向一个难以取得的度量值：绝对零度。在绝对零度——即零下459.67华氏度——时，即使在量子水平上，粒子之间也不存在任何运动或热传递。
报道称，在太空真空中，气体粒子极为稀少——石英财经网称每10立方厘米的空间中大约有一个原子——因此它们无法容易地通过传导和对流相互传递热量。据今日宇宙网站称，太空中热量只能通过辐射传递，辐射控制着吸收或释放光粒子（即光子）的方式。
报道指出，越是进入恒星际空间的深处就会越寒冷。美国佐治亚理工学院天文学家吉姆·索韦尔指出，宇宙中也许有某些区域的温度下降到绝对零度之上1开尔文的水平，但是迄今为止，最接近绝对零度的测量值仅在地球上的实验室中观测到。
报道称，倘若人类不穿太空服在太空真空的星系间穿梭，那么身体的热量会向外辐射。这将是一条缓慢而寒冷的旅途，最终将会被冻死，也很可能会先窒息死亡。
方舟反应炉核聚变能走进现实吗？
喜欢科幻的读者可能对漫威电影里钢铁侠托尼·斯塔克胸前的方舟反应炉印象深刻。这个又小又酷的玩意儿，采用冷核聚变技术，使分子间距小到可以发生核聚变的程度，以产生不可思议的巨大能量。
图 方舟反应炉
方舟反应炉的灵感，正是来自于现实中的核聚变研究。科学家们希望利用较轻的原子核聚合成较重的原子核，在这个过程中释放出巨大的能量，以期获得近乎无限的清洁能源，为人类提供能源的终极解决方案。
目前，受到广泛关注的可控核聚变研究路径是利用热核反应，如磁约束的托卡马克装置和惯性约束的核聚变炉。这类研究把等离子体或混合介质加热到足够高的温度（如一亿度），用以克服库仑势垒。
然而，除了在极高温度条件下研究核聚变，可控核聚变是否还有别的技术路线？常温下的“方舟反应炉”核聚变能走进现实吗？
其实，冷核反应（常温核聚变反应）的研究已有70多年的历史了，科学家们已经在常温条件下发现了缪子催化核聚变的现象。虽然距离应用还面临诸多挑战，核物理学家们认为，缪子催化核聚变也可能成为能源的终极解决方案之一。
为何青睐缪子？
缪子（Muon，又称μ子）由两位美籍物理学家C. D. Anderson和S. Neddermeyer于1936年发现。缪子的质量约为106 MeV，带一个单位正或负的电荷，自旋为1/2（费米子）。缪子是不稳定粒子，其半衰期为2.2微秒（一个缪子产生后，大约能存活0.000002 秒）。
缪子的质量是电子质量的207倍，而且在不稳定粒子中，缪子的寿命仅比中子短，这些都是缪子非常重要的优势，也是物理学家们选择它作为核聚变的催化剂的重要原因。
图 缪子 图| 寇维
核聚变反应发生的条件十分苛刻。只有当两个原子核靠得极近，大约在一飞米的距离内，其相互吸引的核力大于电磁排斥力，两个原子核才可能融合成一个更大的原子核，并释放出能量。
然而，原子核带正电，两个原子核之间存在很强的电磁排斥力。如何克服这种排斥力使得两个原子核靠得很近呢？
如果把电子换成缪子，就可以靠近200多倍！
缪子可以像电子一样被质子俘获，形成缪子氢原子。因为缪子的质量是电子质量的200多倍，而轨道大小反比于电子或者缪子的质量，所以缪子氢原子的轨道比电子氢原子的轨道小200多倍！这样，另一个原子核更容易和缪子原子靠近，在常温下发生核聚变的概率就会大幅增加。
图 缪子的轨道(右)比电子的轨道(左)小200多倍。图| 寇维
驱动核聚变的催化剂
二战后，来自世界各地的一些科学家开始探索一种新的技术，即缪子催化核聚变。
1947年，英国物理学家弗雷德里克·查尔斯·弗兰克 (Frederick Charles Frank) 的理论工作为缪子催化核聚变的概念播下了第一颗种子。他在《自然》杂志上发表了一篇论文，预言缪子催化的事件会导致能量产生。几年后，两位苏联科学家Yakov Zel'dovich和Andrei Sakharov在研究氢弹的同时也考虑了同样的过程，认为输入的缪子可能导致氘氚混合物融合在一起。
1956年，美国物理学家、诺贝尔奖获得者阿尔瓦雷斯(Luis W. Alvarez）研究小组在伯克利的氢气泡室中开展实验，他们在分析使用缪子进行的一些实验的结果时，观察到了氢-氘的缪子催化放热现象。这是人类第一次在实验室里成功观测到1947年预言的缪子催化核聚变！1956年12月29日，《纽约时报》以《更简单的新方法产生的原子能》为标题对此进行了报道。
图 1956年12月29日《纽约时报》剪报，报道了实验中发现缪子催化的氢同位素聚变的消息。图源| 《纽约时报》
随后，美国物理学家杰克逊(John David Jackson)立即投入研究，对粘附概率、氘氚缪(dtμ)分子的形成速率以及核聚变反应产生的能量等一系列关键问题进行了计算。
图 约翰·大卫·杰克逊 (John David Jackson) (1925 - 2016)，美国艺术与科学院院士和美国国家科学院院士。他的教科书《经典电动力学》影响了美国几代物理研究生。图源| Fermilab
目前，人们一般采用氢的同位素氘(d)和氚(t)核来作为缪子催化核聚变的反应材料。氢核仅由一个质子组成，氘核由一个质子和一个中子组成，氚核由一个质子和两个中子组成，该过程每次比氢-氘过程释放出更多的能量。
图 氘和氚的核聚变过程。图源| https://www.llnl.gov/news/lab-researchers-gain-microscopic-understanding-nuclear-fusion
缪子催化核聚变反应过程分为三步：首先，将一束缪子注入氘和氚的混合气体中，形成缪子氚原子。为何不形成缪子氘原子呢？这是因为氚的质量比氘大，对缪子的捕获力更强；第二步，由于缪子氚原子非常小，并且不带电荷，它们与氘原子碰撞而不受电磁排斥力的影响，比较容易形成氘氚缪(dtμ)分子；第三步，氘和氚核聚变发生后，dtμ分子中的缪子被释放出来，可用于产生新的dtμ分子。这样一连串的核聚变随之发生，如此循环，构成了缪子催化的反应链。这种反应被称为“缪子催化的核聚变”，因为缪子的作用就像驱动核聚变的催化剂。
图 缪子催化核聚变循环图。图| 寇维
如何提高缪子催化次数？
虽然缪子催化核聚变的原理已经被研究得很清楚了，但要使其走向应用，需要满足的必要条件是——输出能量需远远超过输入能量。这使得物理学家们需要去解决一些关键问题，例如，如何提高缪子催化的次数？
缪子不像电子那样拥有无限长的寿命。在缪子有限的生命周期里，最多能进行多少次催化是一个重要的指标。
研究表明，缪子大约有一百五十分之一的概率在催化后被粘在阿尔法粒子上，无法参与随后的核聚变反应。科学家们用阿尔法粘附(alpha sticking)概率来表示每次缪子参与催化被阿尔法粒子捕获的平均概率。
阿尔法粘附的原因是氘氚聚变反应产生的两个粒子，一个为阿尔法粒子，带正电；另一个为中子，不带电，所以缪子有可能被阿尔法粒子俘获，却不会被中子俘获。俘获概率主要跟阿尔法粒子的速度相关，与其电荷和质量关系不大。
这里，我们进行一个大致的估算：一个缪子在其一生中，大约可以催化150次聚变反应，每次释放出17.6 MeV的质量，总共可产生2.7 GeV的能量，即一个缪子可产生相当于自身静止质量的20倍的能量。不幸的是，目前加速器产生一个缪子大约需要5 GeV的能量。也就是说，缪子催化核聚变产生的能量，仅为其所消耗能量的一半左右。
由此可以看出，若想提高缪子参与核聚变的次数，就需要降低阿尔法粘附概率值。杰克逊曾经指出：除非“阿尔法粘附问题”能够得到解决，否则缪子催化核聚变作为一种能源是不切实际的。
阿尔法粘附这个关键问题，如何解决呢？
最近，一项新的研究另辟蹊径：用锂材料作为催化反应材料。研究者发现，锂和氢的聚变反应生成的阿尔法粒子速度更快，不易俘获缪子，因此该聚变过程的阿尔法粘附概率较小。计算结果表明，锂和氢的核聚变阿尔法粘附概率值可降低大约5倍，输出能量比值达到90%左右。
不过，这种催化反应是否具有可行性，还需要更深入的研究。我们知道锂的原子核带3个正电荷，而一个缪子只有一个负电荷，只能将一个正电荷屏蔽。为了实现锂的缪子催化核聚变，至少要有三个缪子同时结合到反应物分子中，这对于当前的技术水平来说，仍存在巨大的挑战！
除了阿尔法粘附问题，影响聚变输出能量的因素还包括缪子产生的能量消耗、聚变材料的密度等等。
缪子源的建设与展望
研究缪子催化核聚变需要依托缪子源。世界上的缪子源有两种：宇宙射线和加速器。它们的本质是相同的，都是通过高能质子束轰击靶粒子获得π和K等介子，这些介子衰变后得到缪子。宇宙线缪子的密度低、能量高，为了产生高强度的缪子源，通常需要强流质子或者离子束打靶。
从上世纪六十年代开始，国际上开始相继建设一些缪子源。美国、苏联、日本和欧洲都曾经投入力量研究缪子催化核聚变。
现在，日本是世界上最积极开展缪子催化核聚变研究的国家。上世纪九十年代，日本开始利用位于卢瑟福阿普尔顿实验室（Rutherford Appleton Lab, RAL）的 RIKEN-RAL缪子设施开展相关研究。
2008年，日本J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)建造了新的缪子源。该设施由日本高能加速器研究机构和日本原子能机构共同建造。J-PARC是日本推进缪子催化核聚变技术实际应用研究的重要装置，其目标是将核聚变投入实际应用。
图 日本J-PARC装置 图源| K.Ishida
最近，日本科学家基于飞行缪子催化聚变(In-flight Muon Catalyzed Fusion，IFMCF)提出了一种创新的紧凑型反应堆概念，其目的是通过提高聚变材料的密度来提高缪子平均催化次数。在拉瓦尔喷嘴(Laval nozzle)中，由超音速流产生的马赫冲击波对氘氚混合靶进行空气动力学加压，形成高密度区域。缪子被注入到该区域，和氘氚形成dtμ分子，发生缪子催化的核聚变。
图 IFMCF反应装置 图源| https://doi.org/10.1063/1.5135483
在我国，中国散裂中子源二期升级项目正在推进加速器缪子源的研制，以便开展缪子前沿科学与技术应用。同时，中科院近代物理所正在建设的大科学装置——惠州大型加速器集群也具有建设缪子源的条件。这些国之重器将推动基础研究和应用研究的科技进步，成为解决国家重大战略科技问题和关键瓶颈问题的主平台。
图 正在建设的惠州大型加速器集群（设计效果图）图源| 近代物理所
此外，缪子源还可以在粒子物理、核物理和物质结构等领域为科研人员提供广阔的基础和应用研究平台。
图 缪子物理和缪子能量的关系图 图| 陈旭荣
结语
一场全球性的能源危机正在袭来。随着全球变暖，找到可以替代化石能源的未来能源迫在眉睫。为了在新一轮科技革命中争夺主导权,大国之间的能源科技竞争将变得更加激烈。
缪子催化核聚变被世界核物理学家们认为是可能实现的冷核聚变之一。依托我国已有或者未来规划建设的缪子源，组织力量开展缪子催化核聚变的理论和技术研究，将对我国的能源战略具有非常重大的意义。
致谢：感谢中山大学唐健教授审阅本文并提出宝贵建议。
| 吴迁 陈旭荣
编辑| 刘芳
参考文献：
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Qian Wu, Xurong Chen, arXiv: 2207.09753
詹文龙, 基于惠州核中心的缪子研究,《缪子束加速和对撞技术及其应用》论坛, 北京, 2022.
孙志宇等, 基于HIAF集群的高强度缪子、反质子次级束产生及其物理研究展望, 中国科学: 物理学力学天文学2020 年第50卷第11 期: 112010.
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陈羽, 杜浠尔, 罗光, 赵先和, 唐健, 缪子源及多学科研究和应用,《物理实验》2019年第39卷10期.
唐健, 李亮, 袁野, 缪子物理实验现状及发展前景, 中国科学: 物理学力学天文，2021.
Alvarez, L.W.; et al. (1957). "Catalysis of Nuclear Reactions by μ Mesons". . 105 (3): 1127.
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编辑：黄水机
在未来，冷聚变有可能实现吗？
如果你不打算诉诸技术奇点，那么现在称为“冷聚变”的民科核反应是不可行的。过去三十多年间，人们从未观测到真实可信的冷聚变实验现象，也没有物理原理支持这种反应。
冷聚变，冷核聚变，现在指常温常压下发生的、可以作为能源的核聚变反应，不是恒星内部、热核武器、磁约束聚变反应堆里进行的“热核聚变”，也不是输出低于输入的惯性约束聚变、μ 子催化聚变。1989 年，电化学家马丁·弗莱施曼和斯坦利·庞斯吹嘘其实验装置出现强大的反常放热、只能来自核反应，数万欧美民科为其摇旗呐喊，但其实验无法复现。
美国能源部在 1989 年、2004 年两次发布报告称上述放热现象没有可信的证据、不给予资金支持。
谷歌公司在 2019 年宣布无法复现市面上自称的各种冷核聚变。
目前，搞常温常压聚变放能的欧美民科已回避“冷核聚变”一词，改称自己的研究为“低能量核聚变”或“凝聚态核科学”。
你可以看出，我国民科在这方面比欧美民科落后数十年。
“冷聚变”一词在历史上是 Luis W. Alvarez 在 1956 年底为表示 μ 子催化聚变创造的。μ 子催化聚变反应是真实可行的，目前其输出的能量远低于制造其需要的 μ 子所消耗的能量，无法作为能源。而且，这种反应堆充其量能将输出功率中的七分之一到四分之一变换为电能。后来冷聚变这个词就被拿去表示上面说过的民科核反应了。
钢铁侠那种小型核聚变装置，人类何时才能制造出来？
能量是我们人类的生存与发展的基础，看上去人类的能量
平均每一秒，地球从太阳接收到的辐射能量就有大约1.73 x 10^17瓦，太阳一年传递给地球的能量之和，就相当于人类迄今为止已探明的化石燃料、铀矿等不可再生资源所产生的总能量的大约两倍，而实际上，地球只接收得到太阳总能量的20亿分之1左右。
太阳如此强大的能量，其实是来自于其核心的核聚变反应，正因为如此，可控核聚变也成为了人类梦寐以求的终极能源。虽然人类目前对这方面的研究还处于初级阶段，但在一些科幻作品早已出现了成熟的可控核聚变装置，其中最具代表性的应该就是钢铁侠了。
众所周知，钢铁侠拥有一个小型核聚变装置，目测直径不超过10厘米，根据相关介绍，该装置每秒钟能输出高达30亿焦耳的能量，从而为钢铁侠的神通广大打下了坚实的基础。
钢铁侠那种小型核聚变装置，人类何时才能制造出来呢？
人类何时才能制造出钢铁侠那种小型核聚变装置？对此我们似乎可以认为，在人类目前研究的可控核聚变装置技术成熟之后，再将其小型化，就可以制造出钢铁侠那种小型核聚变装置了，但实际情况却并非如此，为什么呢？且看以下分析。
核聚变的原理其实很简单，那就是想办法将质量较轻的原子核“捏”在一起，使之聚变成质量较重的原子核（在这个过程中会有少量的质量会直接转化成能量）。
道理很简单，做起来就难了，毕竟我们并没有能够“捏”住原子核的“手”，当然了，太阳也没有，那太阳是怎么进行核聚变的呢？答案就是高温和高压，高温能够使原子核的动能更高，高压则能使原子核更加密集，当达到一定程度时，就可以点燃核聚变。
人类目前正在研究的可控核聚变装置采用的正是太阳的这种机制，当装置运行时，其中的等离子体温度可达上亿摄氏度，如此的高温是任何已知的材料都无法承受的，因此人们只能用强大的磁场对其加以束缚，而强大的磁场又需要超导材料，超导材料又需要超低温。
（图为ITER托卡马克聚变堆）
一方面要保持装置内侧的超高温，一方面又要保持装置外侧的超低温，其中难度可想而知，所以这种装置的体积也就很大，想要将其缩小成钢铁侠那种直径不超过10厘米小型核聚变装置，根本就是不可能的事。
也就是说，钢铁侠的小型核聚变装置只能在常温（或者温度不太高）的情况下点燃核聚变，而这也被称为“冷核聚变”。
在过去的日子里，还真的有人提出过冷核聚变，例如南安普敦大学的化学系教授马丁·弗莱西曼（Martin Fleischmann）和犹他大学的化学系主任斯坦利·庞斯（Stanley Pons）就在1989年公开宣称，他们在利用金属钯来电解重水的实验中，观测到了冷核聚变的现象。
钯（Pd）是46号元素，单质为金属，其原子晶格的基本结构如上图所示，弗莱西曼和庞斯认为，在用钯来电解重水的过程中，重水电解后生成的氘就会在电流的驱动下被大量地“塞”进金属钯的原子晶格中，从而发生核聚变反应。
遗憾的是，在后续的大量重复实验中，研究人员均未观测到可以确定的冷核聚变现象，因此弗莱西曼和庞斯的研究并没有得到科学界的认可。
在此之后，陆续又有人提出多种实现冷核聚变的理论，例如在富氢环境中加热金属粉末、在氘气中利用脉冲放电制造等离子体，然后让其轰击钯电极等等，虽然时不时地有人声称在实验中实现了冷核聚变，但是却无一例外地拿不出令人信服的证据。
综上所述，人类目前根本就找不到实现冷核聚变的方法，而人类目前正在研究的可控核聚变装置的体积又无法大幅度地缩小，因此可以说，至少在可见的未来里，人类都无法制造出钢铁侠那种小型核聚变装置，它只能存在于科幻作品之中。
好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。
（本文部分图片来自网络，如有侵权请与
能量是我们人类的生存与发展的基础，看上去人类的能量
平均每一秒，地球从太阳接收到的辐射能量就有大约1.73 x 10^17瓦，太阳一年传递给地球的能量之和，就相当于人类迄今为止已探明的化石燃料、铀矿等不可再生资源所产生的总能量的大约两倍，而实际上，地球只接收得到太阳总能量的20亿分之1左右。
太阳如此强大的能量，其实是来自于其核心的核聚变反应，正因为如此，可控核聚变也成为了人类梦寐以求的终极能源。虽然人类目前对这方面的研究还处于初级阶段，但在一些科幻作品早已出现了成熟的可控核聚变装置，其中最具代表性的应该就是钢铁侠了。
众所周知，钢铁侠拥有一个小型核聚变装置，目测直径不超过10厘米，根据相关介绍，该装置每秒钟能输出高达30亿焦耳的能量，从而为钢铁侠的神通广大打下了坚实的基础。
钢铁侠那种小型核聚变装置，人类何时才能制造出来呢？
人类何时才能制造出钢铁侠那种小型核聚变装置？对此我们似乎可以认为，在人类目前研究的可控核聚变装置技术成熟之后，再将其小型化，就可以制造出钢铁侠那种小型核聚变装置了，但实际情况却并非如此，为什么呢？且看以下分析。
核聚变的原理其实很简单，那就是想办法将质量较轻的原子核“捏”在一起，使之聚变成质量较重的原子核（在这个过程中会有少量的质量会直接转化成能量）。
道理很简单，做起来就难了，毕竟我们并没有能够“捏”住原子核的“手”，当然了，太阳也没有，那太阳是怎么进行核聚变的呢？答案就是高温和高压，高温能够使原子核的动能更高，高压则能使原子核更加密集，当达到一定程度时，就可以点燃核聚变。
人类目前正在研究的可控核聚变装置采用的正是太阳的这种机制，当装置运行时，其中的等离子体温度可达上亿摄氏度，如此的高温是任何已知的材料都无法承受的，因此人们只能用强大的磁场对其加以束缚，而强大的磁场又需要超导材料，超导材料又需要超低温。
（图为ITER托卡马克聚变堆）
一方面要保持装置内侧的超高温，一方面又要保持装置外侧的超低温，其中难度可想而知，所以这种装置的体积也就很大，想要将其缩小成钢铁侠那种直径不超过10厘米小型核聚变装置，根本就是不可能的事。
也就是说，钢铁侠的小型核聚变装置只能在常温（或者温度不太高）的情况下点燃核聚变，而这也被称为“冷核聚变”。
在过去的日子里，还真的有人提出过冷核聚变，例如南安普敦大学的化学系教授马丁·弗莱西曼（Martin Fleischmann）和犹他大学的化学系主任斯坦利·庞斯（Stanley Pons）就在1989年公开宣称，他们在利用金属钯来电解重水的实验中，观测到了冷核聚变的现象。
钯（Pd）是46号元素，单质为金属，其原子晶格的基本结构如上图所示，弗莱西曼和庞斯认为，在用钯来电解重水的过程中，重水电解后生成的氘就会在电流的驱动下被大量地“塞”进金属钯的原子晶格中，从而发生核聚变反应。
遗憾的是，在后续的大量重复实验中，研究人员均未观测到可以确定的冷核聚变现象，因此弗莱西曼和庞斯的研究并没有得到科学界的认可。
在此之后，陆续又有人提出多种实现冷核聚变的理论，例如在富氢环境中加热金属粉末、在氘气中利用脉冲放电制造等离子体，然后让其轰击钯电极等等，虽然时不时地有人声称在实验中实现了冷核聚变，但是却无一例外地拿不出令人信服的证据。
综上所述，人类目前根本就找不到实现冷核聚变的方法，而人类目前正在研究的可控核聚变装置的体积又无法大幅度地缩小，因此可以说，至少在可见的未来里，人类都无法制造出钢铁侠那种小型核聚变装置，它只能存在于科幻作品之中。
好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。
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