冷核聚變背景與E-CAT

冷核聚變背景與E-CAT冷核聚變（ColdFusion）是指在接近常溫常壓和相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備條件下發(fā)生的核聚變反應(yīng)。核聚變反應(yīng)中，多個(gè)輕原子核被強(qiáng)行聚合形成一個(gè)重原子核，并伴隨能量釋放。它的專業(yè)名稱是“低能核反應(yīng)”。AndreaRossi于2011年11月8號(hào)在美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)上發(fā)表一篇報(bào)告，宣稱他們制造出名為“E-CAT”的鎳氫冷核聚變裝置，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)冷核聚變，不久即將批量生產(chǎn)并投入實(shí)際使用。與傳統(tǒng)的核聚變不同，傳統(tǒng)核聚變主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核（氦），并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。這個(gè)過(guò)程需要克服原子之間的庫(kù)倫靜電力排斥作用，因此需要極在高溫度下，原子運(yùn)動(dòng)達(dá)到極致才有可能實(shí)現(xiàn)氫原子的碰撞融合，同時(shí)還要將原子束縛在反應(yīng)腔內(nèi)保證其不外溢，通常用到的手段是強(qiáng)磁場(chǎng)約束和慣性約束，前者耗資巨大，實(shí)驗(yàn)室條件下雖已接近成功，但要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用還差的很遠(yuǎn)，后者首先在氫彈中實(shí)現(xiàn)不可靠核聚變，當(dāng)時(shí)采用原子彈引爆，但現(xiàn)有激光束或粒子束所能達(dá)到的功率有限，加上其他種種技術(shù)上的問(wèn)題，使受控慣性約束核聚變?nèi)匀皇强赏豢杉啊４蠹s在1984年，有兩位電化學(xué)家開(kāi)始關(guān)注起在低溫下產(chǎn)生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的成員和南安普敦大學(xué)的電化學(xué)研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國(guó)猶他大學(xué)的化學(xué)教授。他們?cè)O(shè)想，如果強(qiáng)行把兩個(gè)氘（氫元素的一個(gè)變種）原子核擠進(jìn)一個(gè)容不下兩個(gè)原子核的小空間，這兩個(gè)氘原子核就有可能發(fā)生聚合。金屬鈀的分子結(jié)構(gòu)便提供了適合這種要求的小空間。1989年3月23日，弗萊西曼和龐斯突然舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣稱在實(shí)驗(yàn)室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下的“冷核聚變”。消息傳出，整個(gè)科學(xué)界似乎都亂了套,但是，始終沒(méi)有人成功地重復(fù)出弗萊西曼和龐斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們倆的故事也就成了科學(xué)界幾乎人人皆知的反面教材。1989年11月,美國(guó)能源部組織成立的一個(gè)由22人組成的專家小組,在經(jīng)過(guò)6個(gè)月的調(diào)查后,對(duì)冷核聚變給出了否定性的結(jié)論。美國(guó)能源部的這一報(bào)告，其影響當(dāng)然超出了美國(guó)國(guó)內(nèi)，對(duì)全世界這一領(lǐng)域的研究都帶來(lái)了巨大的否定性影響。時(shí)至今日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物仍拒絕發(fā)表支持冷核聚變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于冷核聚變的許多進(jìn)展很多人不以為然，抱著全然否定的態(tài)度。雖然主流科學(xué)界對(duì)冷核聚變持否定態(tài)度，但是也有許多科學(xué)家并未就此罷休，22年來(lái)，不斷有人堅(jiān)持探索“冷核聚變”的可能性。1989年后的十年里，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了超過(guò)200次實(shí)驗(yàn)，研究核反應(yīng)產(chǎn)生的能量是否多于消耗的能量。美國(guó)麻省理工學(xué)院的彼得·哈格斯坦教授一直在進(jìn)行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學(xué)的約翰·達(dá)西教授不僅自己相信“冷核聚變”存在，還培養(yǎng)了一群弟子繼續(xù)這項(xiàng)研究；意大利的奧古斯都－蒙梯大學(xué)在重復(fù)“冷核聚變”實(shí)驗(yàn)中還取得了不小進(jìn)展；德國(guó)、日本、以色列等國(guó)的科學(xué)家也在繼續(xù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們甚至聯(lián)合起來(lái)，成立了一個(gè)“國(guó)際冷核聚變科學(xué)協(xié)會(huì)（ICCF）”，每隔一年半組織一次學(xué)術(shù)研討會(huì)。2013年4月16號(hào)美國(guó)專利局授予美國(guó)海軍秘書(shū)長(zhǎng)一項(xiàng)名為“生成粒子的系統(tǒng)和方法”的專利，這是時(shí)隔24年后美國(guó)官方首次承認(rèn)冷聚變技術(shù)，也是Focardi和Rossi理論的第一個(gè)官方依據(jù)。與傳統(tǒng)核反應(yīng)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(gè)容積為一升的小容器中，與一些未公開(kāi)的（知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(kāi)始發(fā)生核聚變反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能。鎳和氫價(jià)格便宜，儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)存運(yùn)輸成本低。而“E-CAT”裝置用料又非常的節(jié)省。100克鎳粉至少可供10千瓦級(jí)鎳氫冷核聚變裝置使用半年，10千克鎳粉可供兆瓦級(jí)鎳氫冷核聚變裝置使用半年。以煤耗357克/千瓦時(shí)計(jì)算，燃10千克鎳粉即相當(dāng)燃1500噸煤，二者相差15萬(wàn)倍。另?yè)?jù)羅西計(jì)算，一克鎳粉釋放的能量相當(dāng)于500桶石油。現(xiàn)在一磅鎳價(jià)值不到20美元。因此，羅西的鎳氫冷核聚變裝置運(yùn)行所耗燃料的價(jià)值是微不足道的。Rossi的首個(gè)原型裝置于2011年下半年出現(xiàn)，通過(guò)將多個(gè)催化模塊連接到一塊可以產(chǎn)生更多的能量。其中一個(gè)反應(yīng)器已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行超過(guò)兩年，為一個(gè)工廠提供全部的能源，意大利Bologna大學(xué)對(duì)該裝置的研究超過(guò)一年，2011年在美國(guó)演示了1MW的系統(tǒng)，隨后在希臘建造了1MW的發(fā)電廠。而現(xiàn)在（2013年5月7日），Rossi1MW的E-CAT軍用發(fā)電廠已經(jīng)交付給美國(guó)佛羅里達(dá)州。通過(guò)對(duì)2011年10月份的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，Rossi最近想美國(guó)客戶提供了升級(jí)版本，并于2013年4月30號(hào)到5月1號(hào)完成了歷時(shí)24小時(shí)的測(cè)試，如今設(shè)備已經(jīng)運(yùn)抵美國(guó)，安裝調(diào)試完成后發(fā)電廠就可以并網(wǎng)發(fā)電。Rossi他們本以為客戶會(huì)公開(kāi)宣布這項(xiàng)合作，然而，事實(shí)上，該客戶希望保持機(jī)密，Rossi表示，還有一些發(fā)電廠正在建造當(dāng)中，他認(rèn)為在技術(shù)的發(fā)展階段，安全注意事項(xiàng)是不讓公眾接觸的一個(gè)合理原因?，F(xiàn)在只有少數(shù)接受了足夠的安全培訓(xùn)的人員能夠操作設(shè)備，在推出商品化的產(chǎn)品之前，需要進(jìn)行大量的安全和認(rèn)證測(cè)試。這次推出的工業(yè)級(jí)1MW發(fā)電廠，包含106個(gè)獨(dú)立的模塊，分散了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高的安全性能也為推出用戶級(jí)設(shè)備提供了技術(shù)支持。1MW的電廠機(jī)組運(yùn)行溫度在102-130℃之間，每消耗1g的鎳能產(chǎn)生23GW/h的熱量。Rossi試驗(yàn)的最小的4KW反應(yīng)室E-CAT裝置體積只有50ml，功率15KW的反應(yīng)室體積為1L，而20KW的反應(yīng)裝置體積達(dá)到20L，重30Kg，通過(guò)串并聯(lián)能夠?qū)-CAT連接起來(lái)，提供給更大的功率。該些裝置每隔6個(gè)月需要維護(hù)和添加新的催化劑，消耗鎳和氫，反應(yīng)室中的鎳不會(huì)全部參加反應(yīng)。0.1g鎳和0.01g氫氣每小時(shí)能產(chǎn)生10KW的熱量，這里的0.1g鎳是指加入反應(yīng)器的而不是參與反應(yīng)的量，事實(shí)上，由于概率問(wèn)題，發(fā)生反應(yīng)的鎳相當(dāng)之少。停止氫氣供應(yīng)或是少量氘都能夠使反應(yīng)淬滅停止。Rossi指出，催化劑的功能是將氫氣從分子狀態(tài)變成H+和H-，然后H+被Ni原子吸收，同時(shí)放出大量的熱。福布斯新聞評(píng)論人MarkGibbs福布斯新聞網(wǎng)評(píng)論員MarkGibbs自2011年開(kāi)始關(guān)注AndreaRossi，并對(duì)此進(jìn)行了一系列的報(bào)道：E-CatHT外觀：一個(gè)長(zhǎng)33cm，直徑10cm的圓柱體，外殼有氮化硅陶瓷制成；另一個(gè)由剛玉制成的圓柱體安置在殼的內(nèi)部，螺旋線電阻線圈以三線三角形連接。電阻水平放置，與圓柱體軸線等距平行，長(zhǎng)度也與圓柱體軸線等長(zhǎng)。整個(gè)裝置由TRIAC（三端雙向交流開(kāi)關(guān)）控制電源，用于調(diào)節(jié)電源輸入波形。E-CatHT最重要的結(jié)構(gòu)是含有燃料粉末的AISI310不銹鋼圓柱體。在這兩項(xiàng)獨(dú)立性測(cè)試中，第一次試驗(yàn)（2012年12月）持續(xù)了96小時(shí)，由Levi和Foschi承擔(dān)，第二次試驗(yàn)（2013年3月）持續(xù)了116小時(shí)，由所有論文作者共同進(jìn)行。即便按照最保守的測(cè)量數(shù)據(jù)，E-CAT產(chǎn)生的熱量（能量密度）至少比任何其他傳統(tǒng)能源，包括汽油，高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至是幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這兩個(gè)原型分別被稱為E-CATHT和E-CATHT2，據(jù)研究者保守測(cè)量和計(jì)算，HT和HT2分別產(chǎn)生680,000Wh/kg和61,000,000Wh/kg的能量密度，相對(duì)應(yīng)的，汽油的能量密度為12000Wh/kg，這些數(shù)值驚人，而且意義非凡，這些能量全部都來(lái)自于氫氣和鎳粉，使其他能源黯然失色。面對(duì)反對(duì)者的質(zhì)疑，MarkGibbs在下一篇文章中舉證了參與實(shí)驗(yàn)和撰寫論文的都是一些德高望重的科學(xué)家，并不認(rèn)為Rossi能夠操縱這些來(lái)自各方的學(xué)者專家，讓他們明知這是個(gè)騙局會(huì)導(dǎo)致身敗名裂，還會(huì)發(fā)布違心的報(bào)告。在其最新的（5月30號(hào)）郵報(bào)中，他再次重申了自己對(duì)E-CAT的立場(chǎng)，認(rèn)為任何人都有堅(jiān)持自己觀點(diǎn)的權(quán)利，但不能為反對(duì)而反對(duì)，這是不合理的偏見(jiàn)，與科學(xué)上合理的懷疑大相庭徑。某些人受到的教育可能告訴他LENR是不可能的存在的東西，但這并不意味著可以凌駕與事實(shí)（或者說(shuō)實(shí)驗(yàn)測(cè)試）之上，而LENR理論的每個(gè)進(jìn)步都預(yù)示著Rossi并不是一個(gè)騙子。Rossi對(duì)維基百科發(fā)起訴訟5月27號(hào)Rossi發(fā)文準(zhǔn)備對(duì)維基百科提起訴訟，他指出維基百科上關(guān)于他的信息有誤，而他的團(tuán)隊(duì)試圖更正這些錯(cuò)誤信息時(shí)，遭到了惡意操作。在他們改正信息后的幾秒鐘之后，修正后的信息便被消除，隨后又變成原來(lái)的錯(cuò)誤信息。Rossi聲稱，有個(gè)自稱Rojelio的資料審查人24小時(shí)盯著他和他的團(tuán)隊(duì)，散布虛假信息，最近的一次事件是說(shuō)Rossi已經(jīng)因?yàn)槎嗄昵暗囊粋€(gè)案子被定罪，事實(shí)上那件事早就結(jié)了，Rossi早已無(wú)罪釋放（注:指的是多年前他因投資垃圾能源發(fā)電后來(lái)入不敷出的事情）。而當(dāng)他糾正后，僅僅數(shù)秒后，網(wǎng)頁(yè)又變回了原來(lái)的樣子，資料信息仍然是錯(cuò)誤的。出于這些原因，Rossi的律師準(zhǔn)備對(duì)維基百科的管理層提出訴訟，并賠償由此對(duì)Rossi及其團(tuán)隊(duì)造成的損失，他們已經(jīng)打印了這些錯(cuò)誤信息以及信息糾正前后的文檔作為證據(jù)。Rossi認(rèn)為這雖然看似荒謬，但維基百科確實(shí)存在多年的不公平不公正“文章”，其偏見(jiàn)可與BBC相提并論，而PeterEkstrom（可能是E-CAT的反對(duì)者）在其最新的評(píng)論中引用的鏈接當(dāng)中就有維基百科。我的觀點(diǎn)雖然幾十年前的冷聚變裝置被證明是一個(gè)鬧劇，但這次AndreaRossi發(fā)明的E-CAT裝置可能大不相同。他制造的原型裝置，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的已經(jīng)超過(guò)兩年，召開(kāi)過(guò)核聚變研討會(huì)，吸引數(shù)百人參加，其中瑞典能源局頭Vattenfall相關(guān)人員毫不掩飾其對(duì)LENR的興趣。1989年，美國(guó)能源部的專家小組否定了馬丁和斯坦利冷核聚變，一時(shí)之間，冷核聚變成了過(guò)街老鼠，許多國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物拒絕發(fā)表支持冷核聚變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但2013年4月16號(hào)美國(guó)專利局授予美國(guó)海軍秘書(shū)長(zhǎng)一項(xiàng)名為“生成粒子的系統(tǒng)和方法”的專利，這是時(shí)隔24年后美國(guó)官方首次承認(rèn)冷聚變技術(shù)，也是Focardi和Rossi理論的第一個(gè)官方依據(jù)。這間接佐證了Rossi的E-CAT的合理性。此外，Rossi還獲得不少投資人的資助，在希臘建立了1MW的實(shí)驗(yàn)裝置，隨后又有美國(guó)客戶購(gòu)買了功率1MW的設(shè)備，如今，時(shí)間轉(zhuǎn)到2013年5月份，佛羅里達(dá)州的1MW發(fā)電站已經(jīng)到位安裝的新聞也已經(jīng)見(jiàn)報(bào)。早前還有消息說(shuō)，美國(guó)海軍NRL（海軍研究實(shí)驗(yàn)所）從他那里買了一套裝置回去，NRL這些年一直在研究LENR，曾經(jīng)觀測(cè)到氫和鎳在微尺度上發(fā)生聚變的現(xiàn)象，在國(guó)際會(huì)議上也有論文發(fā)表，NI（美國(guó)國(guó)家儀器）還與其簽訂合同，為其提供控制系統(tǒng)。在我看來(lái)，不管Rossi的E-CAT是不是冷核聚變，它能輸出比輸入能量高很多倍的能量，比任何傳統(tǒng)能源的能量密度都要高上一個(gè)數(shù)量級(jí)（甚至多個(gè)），清潔無(wú)污染，燃料成本還非常低，這已然是一個(gè)巨大的創(chuàng)新和進(jìn)步。而且它所釋放出的能量比完全與化石燃料不同，NRL也層觀測(cè)到氫和鎳的聚變反應(yīng)，Rossi還制造出了一系列實(shí)用裝置，這個(gè)事實(shí)無(wú)論是誰(shuí)都不能抹殺，現(xiàn)在困擾科學(xué)家的是，該反應(yīng)進(jìn)程如何，反應(yīng)的原理又是怎樣，或許我們真的能夠在相對(duì)較低的溫度下實(shí)現(xiàn)核聚變，這不是指氘和氚的聚合，而是其他相對(duì)較容易的聚合反應(yīng)，如鎳和氫，或是其他可能的金屬聚合反應(yīng)。Rossi具體使用的催化劑出于保密目的（只是聲稱催化劑中不含鎳，且成本只為鎳的十分之一），仍然沒(méi)有對(duì)外公布，不過(guò)綜合各方面的信息以及一些評(píng)論來(lái)看，Rossi使用的催化劑可能不會(huì)太復(fù)雜，完全可以復(fù)制，或許是那種一力降十會(huì)的關(guān)鍵物質(zhì)，我們國(guó)家絕對(duì)可以拿來(lái)研究。不過(guò)可惜的是，從目前的情況看來(lái)，國(guó)內(nèi)的報(bào)道相當(dāng)之少，比較系統(tǒng)全面的只有一位網(wǎng)友貼出來(lái)的帖子，另外就是帖子里一些視頻，即便如此，關(guān)注度也相當(dāng)之少。/forum.php?mod=viewthread&tid=4674其他的報(bào)道，包括民間的、官方的都非常非常之少，加起來(lái)不超過(guò)一個(gè)巴掌的數(shù)目。當(dāng)國(guó)外鋪天蓋地報(bào)道Rossi的E-CAT及其引發(fā)的革命性反應(yīng)時(shí)，我在國(guó)內(nèi)看不到一篇相關(guān)文章，不管是支持的還是反對(duì)的，LENR的影響如此巨大，我們理應(yīng)投入更多的時(shí)間精力去了解。這兩天我看了