电化学技术提升氘聚变速率
摘要
一项发表在自然杂志上的实验通过电化学加载和等离子体技术，首次实现了氘氘核聚变的实验演示，将聚变速率提高了15%。虽然未能实现净能量增益，但该方法为聚变研究提供了新方向，有望推动聚变科学从小规模实验走向广泛应用。研究团队结合核聚变、材料科学和电化学，提供了一个可系统调整的平台。
大规模磁约束聚变技术——通过将等离子体置于极端温度和压力下——正被广泛探索作为一种清洁能源的生成方法。然而，《自然》杂志发表的这项实验采用了一种完全不同的方法，使用一种更易接近的室温反应堆来研究电化学加载对核聚变反应速率的影响。
研究团队在一块由钯制成的金属靶上加载高浓度的氘燃料：在靶的一侧使用等离子体场加载燃料，另一侧则使用额外的电化学池加载燃料。
论文的通讯作者、UBC杰出大学学者Curtis P. Berlinguette教授解释道：“我们的目标是提高燃料密度以及氘-氘碰撞的概率，从而增加聚变事件的发生率。”
“通过电化学方法，我们在金属中加载了更多的氘——就像将燃料挤压进海绵一样。仅用1伏特的电力就实现了通常需要800个大气压才能达到的效果。虽然我们未能实现净能量增益，但这种方法提高了聚变速率，且其他研究人员可以复制并在此基础上进一步研究。”
与仅使用等离子体场加载钯靶相比，电化学加载氘的方式将氘-氘聚变反应速率平均提高了15%。
尽管这一性能提升较为有限，但这是首次通过等离子体浸没离子注入和电化学加载技术实现氘-氘核聚变的实验演示。不过，该实验的能耗仍然高于其生成的能量。
Berlinguette教授补充道：“我们希望这项研究有助于将聚变科学从大型国家实验室转移到实验台上。我们的方法融合了核聚变、材料科学和电化学，创建了一个可以系统调整燃料加载方法和靶材料的平台。我们将其视为一个起点，欢迎学术界在开放和严谨的探索精神下对其进行迭代、改进和拓展。”
核聚变——即原子核结合释放能量，如太阳中的反应——比核裂变（原子核分裂）更具威力，且产生的放射性废物更少。
1989年，研究人员声称使用钯阴极电解氧化氘时产生了异常的热量，并将热量归因于氘离子的核聚变。这一结果无法被独立验证，冷聚变研究因此被主流科学界边缘化。而新实验并未测量热量，而是测量了中子等直接证明聚变的硬核核信号。
Berlinguette教授及其团队的最新研究基于他们之前与2015年由谷歌召集和资助的多机构“同行小组”合作的研究。该小组通过2019年《自然·展望》发表的一篇题为《重新审视冷聚变之谜》的文章公开了他们的努力。他们未发现支持冷聚变主张的证据，但指出了多条值得进一步探索的研究方向。
研究报告:电化学加载提升金属靶中氘聚变反应速率