日期:2022/09/06   IAE 報導

Researchers are using this tabletop setup to study fusion processes at relatively low energies as part of a Google-funded reevaluation of so-called cold fusion. Particles within the apparatus have energies equal to temperatures greater than 18 million degrees Fahrenheit. Though that sounds hot, it is far "colder" than normal fusion conditions.

ATAP 主要由美國能源部資助。 我們通過開發先進的粒子加速器和相關技術以及促進加速器提供的離子、電子和光束的應用來支持他們的使命。

Berkeley Lab Part of a Team Revisiting ‘Cold Fusion’ Results
— Researchers didn’t find a new source of fusion energy, but they do see value in pursuing unexplored paths in fusion research

After an article by Glenn Roberts, Jr., Berkeley Lab Strategic Communications

柏克萊實驗室重新審視“冷聚變”結果的團隊的一部分
— 研究人員沒有找到新的聚變能量來源，但他們確實看到了在聚變研究中探索未探索路徑的價值

根據 Glenn Roberts, Jr. 的文章，柏克萊實驗室戰略

一個多學科研究團隊於 2015 年聚集在一起，重新審視舊實驗並尋找可能指向新能源的低能核反應異常。雖然他們沒有發現無限的能源，但他們的工作——在 5 月 27 日發表在《自然》雜誌上的 Perspective 文章中進行了詳細介紹——確實為聚變研究開闢了一條新渠道。

基於其研究人員在聚變研發、粒子加速器和核診斷方面數十年的專業知識，伯克利實驗室於 2016 年受邀加入該研究組。

 

脈衝等離子體裝置用於研究相對低能量的輕離子聚變過程。照片由伯克利實驗室的 Marilyn Chung 拍攝。

1989 年，一場圍繞低溫、高能量增益台式“冷聚變”實驗的備受矚目的爭議令全世界興奮不已。但由於其他團隊無法驗證或複制報告的結果，這些聲明的有效性很快被駁回。

其他關於低溫核過程能量產量的報告偶爾出現，但沒有一個被可靠地重複或經受住科學審查。

這項由谷歌研究院牽頭和資助的新項目匯集了來自伯克利實驗室、麻省理工學院、馬里蘭大學和不列顛哥倫比亞大學的大約 30 名研究生、博士後研究人員和工作人​​員科學家。目的是確定觀察與低能核過程相關的任何意外熱效應或核效應的邊界。

參與者同意在調查過程中保持低調，並對他們的工作進行嚴格的內部同行評審。

美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）加速器技術和應用物理部臨時主任 Thomas Schenkel 說：“十多年來，我們一直在開發加速器來製造漂亮的中子發生器。” Schenkel 在此次合作中擔任伯克利實驗室的負責人。

中子是在原子核中發現的不帶電粒子，這些緊湊型發生器本質上是台式聚變機——它們使用小型粒子加速器驅動粒子束，通過簡單的聚變過程產生中子，用於各種應用。

Schenkel 指出，在實驗室環境中創建和研究聚變過程而不需要超高溫並不是什麼奇異的壯舉，並補充說：“進行一些聚變反應相對容易。” 但是為了獲得淨能量增益，聚變燃料必須保持足夠熱和足夠密集足夠長的時間。 實現這些條件已被證明是困難的，國際上通過一系列方法（例如稱為託卡馬克的聚變試驗反應堆）朝著這一目標穩步前進。

《紐約時報》在 1956 年 12 月 30 日的一篇題為“氫原子的冷聚變”的文章中詳細介紹了由著名的伯克利實驗室實驗物理學家 Luis W. Alvarez 領導的一項歷史性實驗，科學家在該實驗中發現了低溫聚變過程（側邊欄 ）。

雖然這項努力也沒有在聚變能方面取得任何革命性的突破，但申克爾指出，這項實驗和隨後的其他實驗突顯了低能聚變研發中存在許多未探索的領域。

在最新的聚變合作實現之前，申克爾一直在尋求一項科學提議，以探索太空中發生的低能聚變反應。

“我真的對恆星中的低能聚變反應著迷，”他說。 “有很多已知的未知數。”聚變過程在太陽中發生在 10 到 2000 萬攝氏度的溫度下，儘管實驗室實驗在該溫度和能量範圍內沒有很多數據。

對於融合合作，伯克利實驗室的工作重點是複制先前研究報告的意外結果。在那個實驗中，研究人員聲稱看到了一種意想不到的尖峰，這種尖峰是傳統物理學無法解釋的，一種叫做氚的氫。

Schenkel 和他的團隊開發了一種真空室，用於在特定的低能量範圍內產生等離子體——一種由帶電粒子組成的熱氣狀物質形式。

在這些實驗中，由鈀組成並被不銹鋼籠包圍的金屬絲靶被放置在充滿氘氣（氘是氫的一種形式）的真空室內。強電脈衝用於撞擊等離子體並加速帶電氘核（稱為離子）進入目標，從而形成金屬-氫混合物。這項工作針對的是一個相對較低的能量範圍，從大約 1,000 到 10,000 電子伏特； 1 電子伏特 (1 eV) 是與加速 1 伏特的單個電子有關的能量單位。 1,000 eV 的粒子能量對應於約 1,000 萬攝氏度的溫度。

到目前為止，伯克利實驗室的研究人員已經證實，基於對中子的探測，低能等離子體和線靶的相互作用實現了聚變，但他們沒有觀察到氚尖峰。因此，先前實驗的異常氚結果尚未得到證實。

即便如此，Schenkel 說，所獲得的結果與流行的理論並不一致，就像之前的一些測量結果一樣。這些早期結果在一項已提交給同行評審期刊發表的研究中進行了詳細說明。申克爾指出，適用於高能聚變反應的流行理論根本不能很好地解釋在能量低於約 4,000 eV 時發生的聚變反應的測量。

探測器和技術的進一步發展以獲取更低能量的狀態可能會產生新的數據，這些數據可以為新的理論和建模工作提供信息。

“這裡有有趣的科學，”他說。 “縮放到更低的能量可以回答有關速率和機制的問題，這將有助於我們理解高負載金屬氫化物在這些能量下的聚變。”

申克爾補充說：“我們是否要開發一種新的聚變能源？可能不是。雖然那當然是聚變研究的巨大挑戰和夢想。我們可以通過低成本的“台式”實驗獲得該領域的數據。我們經常期望基礎科學能夠影響未來的技術，而大多數時候我們根本不知道它會如何發展。”

現在，伯克利實驗室與穀歌召集的團隊成員合作，正在進行一項研究，重點是增加金屬靶材中氫含量的方法，看看這是否會影響結果。例如，申克爾說：“我們想了解將大量氫注入鈀的原子晶格然後用氫離子轟擊它的不尋常條件如何導致聚變速率的變化。”

“這是一次積極而令人興奮的經歷，”他補充道。 “我們不應該迴避研究可能已經被註銷的領域，不是輕浮，而是帶著新的想法和認識到有些事情我們不知道，我們應該好奇，比如：為什麼被觀察到金屬-氫中低能量的聚變速率比既定理論預期的高出 100 多倍？該地區有巨大的發現潛力。”

除了前面提到的 Perspective 文章，5 月 27 日的 Nature 雜誌有一篇社論，題為“A Google program failed to detect cold fusion — but is still a success”。

國家地理雜誌於 5 月 29 日發表了一篇關於該計劃的簡短文章。
致謝
伯克利實驗室的工作由 Google LLC 根據 Google LLC 和伯克利實驗室之間的 CRADA（合作研發協議）FP00004841、FP00007074 和 FP00008139 資助。 伯克利實驗室根據美國能源部合同 DE-AC02-05CH11231 運營。 作者在 Nature Perspective 中表達的觀點和結論不一定陳述或反映美國或加拿大政府或其任何機構的觀點和結論。

 

柏克萊實驗室的第一個“冷聚變”實驗
1956 年《紐約時報》的一篇文章強調了質量較大的類電子粒子，稱為 μ 介子（現在稱為 μ 子）如何促進氫核與較重的氫核（氘）融合在一起形成氦核， 並在此過程中釋放能量。 “這種融合可以在任何溫度下發生，”文章說。 研究結果後來發表在《物理評論》雜誌上，解釋了 μ 子如何像“在一個小盒子裡”一樣聚集在一起並限制原子核。

柏克萊實驗室的物理學家 Luis W. Alvarez 後來說，他的研究團隊起初認為他們在 μ 子輔助聚變過程中發現了一種可行的聚變能量來源。

Luis Alvarez，1956 年 μ 子催化冷聚變反應的發現者

1968 年諾貝爾物理學獎 - NobelPrize.org

Luis Alvarez在 1968 年諾貝爾獎獲獎演講中說：“當我們認為自己已經解決了人類餘下的所有燃料問題時，我們有一段短暫但令人振奮的經歷。” 他因受益於他幫助開發並用於介子促進聚變實驗的專用“氣泡室”粒子探測器而獲得了大量粒子發現獎。

“雖然其他人一直試圖通過將氫等離子體加熱到數百萬度來解決這個問題，但我們顯然偶然發現了解決方案，而是涉及非常低的溫度，”Luis Alvarez回憶道。

但是，當研究人員得知 μ 子在衰變之前只能參與有限數量的這些聚變反應時，他的團隊的興奮情緒很快就消退了，而且產生實驗中使用的 μ 子所需的能量太高，無法使這個過程變得有用，因為 一種能源。

Luis W. Alvarez was born in San Francisco, Calif., on June 13, 1911. He received his B.Sc. from the University of Chicago in 1932, a M.Sc. in 1934, and his Ph.D. in 1936. Dr. Alvarez joined the Radiation Laboratory of the University of California, where he is now a professor, as a research fellow in 1936. He was on leave at the Radiation Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology from 1940 to 1943, at the Metallurgical Laboratory of the University of Chicago in 1943-1944, and at the Los Alamos Laboratory of the Manhattan District from 1944 to 1945.

Early in his scientific career, Dr. Alvarez worked concurrently in the fields of optics and cosmic rays. He is co-discoverer of the “East-West effect” in cosmic rays. For several years he concentrated his work in the field of nuclear physics. In 1937 he gave the first experimental demonstration of the existence of the phenomenon of K-electron capture by nuclei. Another early development was a method for producing beams of very slow neutrons. This method subsequently led to a fundamental investigation of neutron scattering in ortho- and para-hydrogen, with Pitzer, and to the first measurement, with Bloch, of the magnetic moment of the neutron. With Wiens, he was responsible for the production of the first 198Hg lamp; this device was developed by the Bureau of Standards into its present form as the universal standard of length. Just before the war, Alvarez and Cornog discovered the radioactivity of 3H (tritium) and showed that 3He was a stable constituent of ordinary helium. (Tritium is best known as a source of thermonuclear energy, and 3He has become of importance in low temperature research.)

 

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