NASA探测到晶格约束聚变

美国国家航空航天局(NASA)的一组研究人员最近发现了一种在金属固体原子之间的空间引发核聚变的方法，该小组正在为深空探索任务寻找新的能源。

他们的研究发表在该领域顶级期刊《物理评论C》第101卷(2020年4月)上的两篇同行评议论文中：《氘金属中的核聚变反应》和《在氚辐照氘金属中观察到的新颖核反应》。

核聚变是当两个原子核结合形成一个更重的原子核时产生能量的过程。“科学家们对核聚变很感兴趣，因为它可以在不产生持久的放射性副产品的情况下产生巨大的能量，”美国宇航局格伦研究中心的特里萨·本约博士说。然而，传统的聚变反应很难实现和持续，因为它们依赖于极端的温度来克服带正电的原子核之间的强烈静电斥力，因此这一过程一直不切实际。

NASA透露的方法被称为晶格约束聚变(Lattice Constraement Fusion)，它完成了与限制在金属固体原子之间的空间内的燃料(氘，一种广泛存在的非放射性氢同位素，由质子、中子和电子组成，标记为“D”)的聚变反应。在以前的聚变研究中，如惯性约束聚变，燃料(如氘/氚)被压缩到极高的水平，但只持续了很短的纳秒时间，此时可以发生聚变。在磁约束聚变中，燃料在等离子体中加热到比太阳中心温度高得多的温度。在新的方法中，在室温下保持的金属晶格的范围内创造了足够的聚变条件。虽然装载了氘燃料的金属晶格一开始可能看起来是室温的，但新方法在晶格内部创造了一个高能环境，在那里单个原子实现了等效的聚变级动能。

像铒这样的金属被“氘化”或装入氘原子，即“氘”，装入的燃料密度是磁约束(托卡马克)聚变反应堆的10亿倍。在新的方法中，中子源对氘进行充分的加热或加速，从而当与邻近的氘碰撞时，它会引起D-D聚变反应。在目前的实验中，中子是通过暴露在2.9+MeV伽马(高能X射线)束中的氘的光解离而产生的。辐照后，一些燃料氘解离，产生所需的高能中子和质子。除了测量聚变反应中子，格伦团队还观察到了更高能量中子的产生，这是助推聚变反应或屏蔽的奥本海默-菲利普斯(O-P)核剥离反应与金属晶格原子发生的证据。任一反应都为流程缩放开辟了一条道路。

新过程的一个新特征是金属晶格电子扮演的关键角色，金属晶格电子的负电荷有助于“屏蔽”带正电的氘。这种屏蔽允许相邻的燃料核更接近彼此，降低了它们简单地彼此分散的可能性，并增加了它们穿过促进聚变的静电屏障的可能性。这是根据该项目的理论物理学家、松树科学博士弗拉基米尔·派恩斯(Vladimir Pines)提出的理论。

“目前的发现为启动融合反应开辟了一条新的途径，以便在科学界内进行进一步研究。然而，需要大幅提高反应速率以达到明显的功率水平，这可能是可能的，利用正在考虑的各种反应倍增方法是可能的，“格伦的布鲁斯·斯泰内茨博士说，他是NASA项目的首席研究员。

支持这项研究的行星科学首席技术专家伦纳德·杜津斯基(Leonard Dudzinski)说，“这一发现的关键是NASA格伦组建了一个才华横溢的多学科团队，调查用高氘金属观察到的温度异常和材料嬗变。”我们将需要这种方法来解决重大的工程挑战，然后才能设计出实际的应用程序。“

随着更多的研究和开发，未来的应用可能包括用于长时间空间探索任务或空间推进的电力系统。它还可以在地球上用于发电或为核医学创造医用同位素。