如何破解高效核聚变难题？最新研究发现电化学方法提升核聚变速率

张丽

　中新网北京8月21日电 (记者 孙自法)国际知名学术期刊《自然》最新发表一篇物理学论文称，研究人员发现一种电化学方法可以提升氘的核聚变速率。虽然这一实验方法距离实现能量输出超过输入仍很遥远，但已展示出用低能量电化学过程在高得多的能级上影响核反应速率的可行性。

本项研究的“雷鸟反应堆”装置(图片来自论文作者)。施普林格·自然 供图

　　该论文介绍，核聚变是太阳的能量来源，涉及两个轻原子核结合成一个较重原子核并释放出能量的过程。科学家们认为，核聚变有潜力成为清洁能源，但目前的聚变反应堆还不能产生足够的聚变事件来产出比消耗更多的能量。

　　其中，一个控制聚变速率的因素是燃料密度：密度越高，粒子碰撞可能性越大，从而增加聚变发生的概率。有一种聚变方案通过结合磁场、温度和压力，压缩核燃料(通常是氘的等离子体，氘是氢的重同位素)，使之达到聚变发生的临界状态，但这一技术还在开发中。

　　在本项研究中，论文通讯作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学Curtis P. Berlinguette和同事合作，探索出一种提升氘聚变速率的全新路径——利用电化学原理。他们设计出一个台式粒子加速器，命名为“雷鸟反应堆”，该装置用一束氘离子流轰击钯靶：随着植入钯中的氘浓度升高，在已植入的氘和束流中新进入的氘之间碰撞引发的聚变速率也增加，直至达到稳定状态。

　　钯靶还连接一个电化学电池，当电池启动时，会有更多氘注入靶中增加聚变速率。平均而言，与没有电化学加载相比，其聚变速率增加了15%。不过，论文作者提醒指出，目前“雷鸟反应堆”每输入15瓦的能量仅能产生约十亿分之一瓦。

本项研究的“雷鸟反应堆”装置局部(图片来自论文作者)。施普林格·自然 供图

　　《自然》同期发表同行专家的“新闻与观点”文章认为，高效核聚变目前仍然是个难题，“尽管如此，使用电化学方法来增加核聚变速率是一个重大成就”，本项研究凭借涵盖了核物理、化学和材料科学的技术进展，正为利用可获取的台式核反应堆驱动低能核聚变的更广泛研究铺平道路。(完)