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簡單的設備條件下發(fā)生的核聚變反應。核聚變反應中，多個輕原子核被強行聚合形成一個重原子核，并伴隨能量釋放。它的專業(yè)名稱是“低能核反應”。AndreaRossi于2011年11月8號在美國物理學家組織網(wǎng)上發(fā)表一篇報告，宣稱他們制造出名為“E-CAT”的鎳氫冷核聚變裝置，已經(jīng)成功實現(xiàn)冷核聚變，不久即將批量生產(chǎn)并投入實際使用。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形式。這個過程需要克服原子之間的庫倫靜電力排斥作用，因此需要極在高溫度下，原子運動達到極致才有可能實現(xiàn)氫原子的碰撞融合，同時還要將原子束縛在反應腔內(nèi)保證其不外溢，通常用到的手段是強磁場約束和慣性約束，前者耗資巨大，實驗室條件下雖已接近成功，但要達到工業(yè)應用還差的很遠，后者首先在氫彈中實現(xiàn)不可靠核聚變，當時采用原子彈引爆，但現(xiàn)有激光束或粒子束所能達到的功率有限，加上其他種種技術(shù)上的問題，使受控慣性約束核聚變?nèi)匀皇强赏豢杉?。大約在1984年，有兩位電化學家開始關(guān)注起在低溫下產(chǎn)生聚變的課題。一位是馬丁·弗萊西曼，英國皇家學會的成員和南安普敦大學的電化學研究教授；另一位是斯坦利·龐斯，美國猶他大學的化學教授。他們設想，如果強行把兩個氘（氫元素的一個變種）原子核擠進一個容不下兩個原子核的小空間，這兩個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，宣稱在實驗室的小型裝置上，用鈀作陰極電解重水，實現(xiàn)了常溫常壓下的“冷核聚變”。消息傳出，整個科學界似乎都亂了套,但是，始終沒有人成功地重復出弗萊西曼和龐斯的實驗結(jié)果，他們倆的故事也就成了科學界幾乎人人皆知的反面教材。1989年11月,美國能源部組織成立的一個由22人組成的專家小組,在經(jīng)過6個月的調(diào)查后,對冷核聚變給出了否定性的結(jié)論。美國能源部的這一報告，其影響當然超出了美國國內(nèi)，對全世界這一領(lǐng)域的研究都帶來了巨大的否定性影響。時至今日，國際權(quán)威學術(shù)刊物仍拒絕發(fā)表支持冷核聚變的實驗結(jié)果。對于冷核聚變的許多進展很多人不以為然，抱著全然否定的態(tài)度。雖然主流科學界對冷核聚變持否定態(tài)度，但是也有許多科學家并未就此罷休，22年來，不斷有人堅持探索“冷核聚變”的可能性。1989年后的十年里，美國海軍實驗室進行了超過200次實驗，研究核反應產(chǎn)生的能量是否多于消耗的能量。美國麻省理工學院的彼得·哈格斯坦教授一直在進行“冷核聚變”研究；波特蘭州立大學的約翰·達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)這項研究；意大利的奧古斯都－蒙梯大學在重復“冷核聚變”實驗中還取得了不小進展；德國、日本、以色列等國的科學家也在繼續(xù)這項實驗，他們甚至聯(lián)合起來，成立了一個“國際冷核聚變科學協(xié)會（ICCF）”，每隔一年半組織一次學術(shù)研討會。2013年4月16號美國專利局授予美國海軍秘書長一項名為“生成粒子的系統(tǒng)和方法”的專利，這是時隔24年后美國官方首次承認冷聚變技術(shù)，也是Focardi和Rossi理論的第一個官方依據(jù)。與傳統(tǒng)核反應堆不同，“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容積為一升的小容器中，與一些未公開的（知識產(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，即開始發(fā)生核聚變反應，同時產(chǎn)生大量的熱能。鎳和氫價格便宜，儲量豐富，儲存運輸成本低。而“E-CAT”裝置用料又非常的節(jié)省。100克鎳粉至少可供10千瓦級鎳氫冷核聚變裝置使用半年，10千克鎳粉可供兆瓦級鎳氫冷核聚變裝置使用半年。以煤耗357克/千瓦時計算，燃10千克鎳粉即相當燃1500噸煤，二者相差15萬倍。另據(jù)羅西計算，一克鎳粉釋放的能量相當于500桶石油?，F(xiàn)在一磅鎳價值不到20美元。因此，羅西的鎳氫冷核聚變裝置運行所耗燃料的價值是微不足道的。Rossi的首個原型裝置于2011年下半年出現(xiàn)，通過將多個催化模塊連接到一塊可以產(chǎn)生更多的能量。其中一個反應器已經(jīng)連續(xù)運行超過兩年，為一個工廠提供全部的能源，意大利Bologna大學對該裝置的研究超過一年，2011年在美國演示了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)交付給美國佛羅里達州。通過對2011年10月份的設備進行改進，Rossi最近想美國客戶提供了升級版本，并于2013年4月30號到5月1號完成了歷時24小時的測試，如今設備已經(jīng)運抵美國，安裝調(diào)試完成后發(fā)電廠就可以并網(wǎng)發(fā)電。Rossi他們本以為客戶會公開宣布這項合作，然而，事實上，該客戶希望保持機密，Rossi表示，還有一些發(fā)電廠正在建造當中，他認為在技術(shù)的發(fā)展階段，安全注意事項是不讓公眾接觸的一個合理原因?，F(xiàn)在只有少數(shù)接受了足夠的安全培訓的人員能夠操作設備，在推出商品化的產(chǎn)品之前，需要進行大量的安全和認證測試。這次推出的工業(yè)級1MW發(fā)電廠，包含106個獨立的模塊，分散了安全風險，提高的安全性能也為推出用戶級設備提供了技術(shù)支持。1MW的電廠機組運行溫度在102-130℃之間，每消耗1g的鎳能產(chǎn)生23GW/h的熱量。Rossi試驗的最小的4KW反應室E-CAT裝置體積只有50ml，功率15KW的反應室體積為1L，而20KW的反應裝置體積達到20L，重30Kg，通過串并聯(lián)能夠?qū)-CAT連接起來，提供給更大的功率。該些裝置每隔6個月需要維護和添加新的催化劑，消耗鎳和氫，反應室中的鎳不會全部參加反應。0.1g鎳和0.01g氫氣每小時能產(chǎn)生10KW的熱量，這里的0.1g鎳是指加入反應器的而不是參與反應的量，事實上，由于概率問題，發(fā)生反應的鎳相當之少。停止氫氣供應或是少量氘都能夠使反應淬滅停止。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，同時放出大量的熱。福布斯新聞評論人MarkGibbs福布斯新聞網(wǎng)評論員MarkGibbs自2011年開始關(guān)注AndreaRossi，并對此進行了一系列的報道：E-CatHT外觀：一個長33cm，直徑10cm的圓柱體，外殼有氮化硅陶瓷制成；另一個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，長度也與圓柱體軸線等長。整個裝置由TRIAC（三端雙向交流開關(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。在這兩項獨立性測試中，第一次試驗（2012年12月）持續(xù)了96小時，由Levi和Foschi承擔，第二次試驗（2013年3月）持續(xù)了116小時，由所有論文作者共同進行。即便按照最保守的測量數(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，高出一個數(shù)量級，甚至是幾個數(shù)量級。這兩個原型分別被稱為E-CATHT和E-CATHT2，據(jù)研究者保守測量和計算，HT和HT2分別產(chǎn)生680,000Wh/kg和61,000,000Wh/kg的能量密度，相對應的，汽油的能量密度為12000Wh/kg，這些數(shù)值驚人，而且意義非凡，這些能量全部都來自于氫氣和鎳粉，使其他能源黯然失色。面對反對者的質(zhì)疑，MarkGibbs在下一篇文章中舉證了參與實驗和撰寫論文的都是一些德高望重的科學家，并不認為Rossi能夠操縱這些來自各方的學者專家，讓他們明知這是個騙局會導致身敗名裂，還會發(fā)布違心的報告。在其最新的（5月30號）郵報中，他再次重申了自己對E-CAT的立場，認為任何人都有堅持自己觀點的權(quán)利，但不能為反對而反對，這是不合理的偏見，與科學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（或者說實驗測試）之上，而LENR理論的每個進步都預示著Rossi并不是一個騙子。Rossi對維基百科發(fā)起訴訟5月27號Rossi發(fā)文準備對維基百科提起訴訟，他指出維基百科上關(guān)于他的信息有誤，而他的團隊試圖更正這些錯誤信息時，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，隨后又變成原來的錯誤信息。Rossi聲稱，有個自稱Rojelio的資料審查人24小時盯著他和他的團隊，散布虛假信息，最近的一次事件是說Rossi已經(jīng)因為多年前的一個案子被定罪，事實上那件事早就結(jié)了，Rossi早已無罪釋放（注:指的是多年前他因投資垃圾能源發(fā)電后來入不敷出的事情）。而當他糾正后，僅僅數(shù)秒后，網(wǎng)頁又變回了原來的樣子，資料信息仍然是錯誤的。出于這些原因，Rossi的律師準備對維基百科的管理層提出訴訟，并賠償由此對Rossi及其團隊造成的損失，他們已經(jīng)打印了這些錯誤信息以及信息糾正前后的文檔作為證據(jù)。Rossi認為這雖然看似荒謬，但維基百科確實存在多年的不公平不公正“文章”，其偏見可與BBC相提并論，而PeterEkstrom（可能是E-CAT的反對者）在其最新的評論中引用的鏈接當中就有維基百科。我的觀點雖然幾十年前的冷聚變裝置被證明是一個鬧劇，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，運行時間最長的已經(jīng)超過兩年，召開過核聚變研討會，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LENR的興趣。1989年，美國能源部的專家小組否定了馬丁和斯坦利冷核聚變，一時之間，冷核聚變成了過街老鼠，許多國際權(quán)威學術(shù)刊物拒絕發(fā)表支持冷核聚變的實驗結(jié)果，但2013年4月16號美國專利局授予美國海軍秘書長一項名為“生成粒子的系統(tǒng)和方法”的專利，這是時隔24年后美國官方首次承認冷聚變技術(shù)，也是Focardi和Rossi理論的第一個官方依據(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的實驗裝置，隨后又有美國客戶購買了功率1MW的設備，如今，時間轉(zhuǎn)到2013年5月份，佛羅里達州的1MW發(fā)電站已經(jīng)到位安裝的新聞也已經(jīng)見報。早前還有消息說，美國海軍NRL（海軍研究實驗所）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)觀測到氫和鎳在微尺度上發(fā)生聚變的現(xiàn)象，在國際會議上也有論文發(fā)表，NI（美國國家儀器）還與其簽訂合同，為其提供控制系統(tǒng)。在我看來，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數(shù)量級（甚至多個），清潔無污染，燃料成本還非常低，這已然是一個巨大的創(chuàng)新和進步。而且它所釋放出的能量比完全與化石燃料不同，NRL也層觀測到氫和鎳的聚變反應，Rossi還制造出了一系列實用裝置，這個事實無論是誰都不能抹殺，現(xiàn)在困擾科學家的是，該反應進程如何，反應的原理又是怎樣，或許我們真的能夠在相對較低的溫度下實現(xiàn)核聚變，這不是指氘和氚的聚合，而是其他相對較容易的聚合反應，如鎳和氫，或是其他可能的金屬聚合反應。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），仍然沒有對外公布，不過綜合各方面的信息以及一些評論來看，Rossi使用的催化劑可能不會太復雜，完全可以復制，或許是那種一力降十會的關(guān)鍵物質(zhì)，我們國家絕對可以拿來研究。不過可惜的是，從目前的情況看來，國內(nèi)的報道相當之少，比較系統(tǒng)全面的只有一位網(wǎng)友貼出來的帖子，另外就是帖子里一些視頻，即便如此，關(guān)注度也相當之少。/forum.php?mod=viewthread&tid=4674其他的報道，包括民間的、官方的都非常非常之少，加起來不超過一個巴掌的數(shù)目。當國外鋪天蓋地報道Rossi的E-CAT及其引發(fā)的革命性反應時，我在國內(nèi)看不到一篇相關(guān)文章，不管是支持的還是反對的，LENR的影響如此巨大，我們理應投入更多的時間精力去了解。這兩天我看了