冷核聚变”现象与动态卡西米尔效应
冷核聚变反应中的能量转换研究
冷核聚变反应中的能量转换研究冷核聚变反应，是一种不同于传统核聚变的反应形式。
在常规核聚变反应中，高温等离子体中的轻核粒子发生核融合，释放出巨大的能量。
而在冷核聚变反应中，通过一系列精密的控制技术，可以在室温下实现核融合，从而实现能量转换。
冷核聚变反应中的能量转换研究，是目前许多科学家们的研究方向之一。
这项技术被认为是未来能源领域的一种重要突破，有着巨大的应用潜力。
因此，不少国家和科研机构投入了大量的精力和资源进行相关研究。
冷核聚变反应中的能量转换主要通过两个步骤实现。
首先是反应体系的构建，然后是能量输送和转换。
在冷核聚变反应中，反应体系的构建是至关重要的。
这个体系一般由可与反应粒子产生相互作用的材料组成，比如金属氘化物。
反应体系的构建需要考虑许多因素，比如材料的选择、制备方法和参数等。
科学家们进行了大量的实验研究，希望找到最合适的材料和方法，以实现可控的核聚变反应。
进行冷核聚变反应的关键是能量输送和转换的过程。
在反应中，粒子的碰撞会导致能量的释放和转移。
科学家们研究了一些新的能量转换机制，比如声子能量转换和电子能量传导等。
通过这些机制，能量可以从粒子之间的相互作用中转换出来，从而实现能源的释放和利用。
冷核聚变反应中的能量转换研究，面临着许多挑战和困难。
首先，需要找到适合的材料，这些材料既能与反应粒子发生相互作用，又能承受高能量释放的影响。
其次，需要控制反应的过程，防止能量的大量损失。
此外，还需要研究新的能量转换机制，提高能量的转换效率。
尽管面临诸多挑战，但冷核聚变反应中的能量转换研究已经取得了一些重要的进展。
科学家们通过理论模型和实验验证，提出了许多新的思路和方法。
这些成果为冷核聚变反应的应用奠定了坚实的基础。
冷核聚变反应中的能量转换研究不仅仅在能源领域有着重要意义，还具有许多其他应用潜力。
比如，冷核聚变技术可以应用于核能源的安全利用和核废料的处理，也可以用于医学、工业和农业等领域。
总之，冷核聚变反应中的能量转换研究是一项具有广泛应用前景的领域。
冷核聚变技术解决能源问题前景
冷核聚变技术解决能源问题前景能源问题一直以来都是全球关注的焦点和挑战之一。
传统的能源资源逐渐枯竭，环境污染问题日益严重，因此，科学家们一直在寻求一种可持续、清洁和高效的能源替代方案。
在这个背景下，冷核聚变技术被认为是解决能源问题的前景技术。
冷核聚变技术是通过控制和利用原子核的聚变反应来产生能量的技术。
与热核聚变技术不同，冷核聚变技术利用相对较低的能量实现核聚变，因此被称为“冷核”。
它的核心是将重水和金属氘离子引入装置中，通过控制、激励和制约原子核之间的相互作用，使其发生聚变反应释放出可观的能量。
冷核聚变技术的优势之一是能够满足人们对能源的需求。
核聚变反应可以提供比任何其他能源技术更高效的能量输出，且燃料资源广泛。
冷核聚变技术利用的燃料主要是氘-氚燃料循环，氘和氚都是地球上丰富的元素。
据研究人员估计，全球的氘资源可以满足几百万年的能源需求，这使得冷核聚变技术具有长期且可持续的能源供应潜力。
此外，冷核聚变技术还具有低环境影响的优势。
与传统的化石燃料相比，冷核聚变技术几乎不会产生二氧化碳等温室气体，这对于防止全球气候变暖和减少环境污染有着重要意义。
冷核聚变技术也不会产生放射性废料，因为其燃料及反应产物都是非放射性的。
相比之下，传统核能技术存在核废料的处理与安全隐患，冷核聚变技术在这方面更加可靠和安全。
此外，冷核聚变技术还具有更低的安全风险。
与热核聚变技术不同，冷核聚变技术不需要高温和高压环境，因此安全性更高。
在发生技术故障或不可预见的情况下，冷核反应可以自动停止，以保护反应装置和操作人员的安全。
这使得冷核聚变技术成为一种较为可靠和可控的能源解决方案。
尽管冷核聚变技术具有许多潜在的优势，但它仍然面临着许多挑战。
首先，冷核聚变技术需要高超导和先进的材料技术来实现。
在目前的技术水平下，建造和维护冷核聚变反应装置需要昂贵的设备和复杂的技术。
此外，如何将冷核聚变技术投入商业化应用，降低成本并建立可靠的供应链也是一个挑战。
冷聚变的原理
冷聚变的原理冷聚变是一种新型的核聚变技术，相较于传统的热聚变技术，它具有更低的温度要求和更简单的装置结构。
冷聚变的原理主要基于等离子体物理学和表面电子学的原理。
我们需要了解等离子体的概念。
等离子体是一种由正离子和自由电子组成的电中性状态。
在冷聚变中，我们使用的是等离子体束，即通过加速器将等离子体束束流加速到较高的能量。
等离子体束中的正离子和自由电子之间存在相互作用，这种相互作用可以通过施加外部电场或磁场来调控。
冷聚变的关键在于如何实现正离子和自由电子的相互作用。
一种常用的方法是利用表面电子学的原理。
表面电子学是研究表面上电子行为的一门学科，它研究的对象是表面电子态和表面电子束的性质。
在冷聚变中，我们可以利用表面电子束对等离子体束进行束流调控和聚焦。
具体而言，我们可以利用表面电子束对等离子体束进行电子注入。
通过适当的电场或磁场调控，将表面电子束聚焦到等离子体束上，使得表面电子与等离子体束中的正离子相互作用。
在相互作用的过程中，正离子会受到表面电子束的束缚力，从而形成束缚态。
束缚态的正离子会逐渐聚集并形成高密度的离子团。
接下来，我们需要进一步提高离子团的密度和温度。
这可以通过施加更强的外部电场或磁场来实现。
外部电场或磁场可以提供足够的能量，使离子团中的正离子相互碰撞并发生聚变反应。
聚变反应会释放出巨大的能量，进一步提高离子团的温度和密度。
我们需要将聚变反应的能量捕获和利用。
这可以通过设计合适的装置结构来实现。
例如，可以利用磁场将离子团限制在特定的区域内，并利用热交换装置将聚变反应释放的能量转化为可利用的形式，如热能或电能。
冷聚变的原理是基于等离子体物理学和表面电子学的原理。
通过利用表面电子束对等离子体束进行束流调控和聚焦，形成高密度的离子团。
然后，施加外部电场或磁场进一步提高离子团的密度和温度，使其发生聚变反应。
最后，将聚变反应释放的能量捕获和利用。
冷聚变技术的发展有望为人类提供清洁、可持续的能源解决方案。
低温核聚变
低温核聚变也许你知道中子星的形成，也许你知道太阳风是怎样形成的，但你一定没有听说过低温核聚变。
这种特殊的核反应具有高效、清洁和安全等优点，正被各国广泛研究。
它使用的是普通的自然界元素——氘和氚，没有放射性，不释放任何放射线，而且不与其他任何物质发生化学反应，所以就连上述那些爆炸性极强的核爆炸也奈何它不得。
“大自然的核反应堆”，“人类的终极能源”，“ 21世纪的理想能源”，低温核聚变，这些都是它的绰号。
美国科学家认为，一旦完成研究，低温核聚变就能满足人类能源的巨大需求。
所以我们有必要提前掌握这种新能源。
日本在1995年开始建造全世界第一个“人造太阳”。
它使用的是热核反应，其原理是向氘棒内注入氘。
目前，它已经实现了氘-氚的完全聚变。
不过，在未来几十年里，他们准备继续研究更好的聚变方法。
在欧洲核子研究中心(CERN)的大型设备中，物理学家将氦气和氧气混合在一起，在极端高温下制造氦-3，同时也将氘的质量从2.3%提升到2.8%，用于燃料的氢元素则提升至98%。
这样的结果表明，核聚变的技术和控制系统将会得到很大改进，这无疑会促进核聚变能源的开发。
物理学家在尝试把氢气转变为氦- 3燃料时，意外地得到了意想不到的结果： 1立方米的氦-3可以轻易取代300升的氢气。
这意味着，如果利用现有的技术，人类只需每秒钟制造大约6立方米的氦-3燃料，就能持续工作50年。
与此同时，制造氦-3的技术又获得了重大突破，因为它已经超越了以往的能量密度极限，即每千克的氢含有3.5兆焦耳能量。
科学家们相信，这样的能量密度足够支持人类走过最后一段日子。
“人类是有能力造出聚变装置的”，英国科学家布拉德说。
从理论上讲，所有元素都可以产生能量，它们与核子相互碰撞，就像水流落到雪堆上一样。
科学家在探索的路途中，很快就能将这种原始反应扩展到零下183摄氏度的超低温状态。
按照计划， 2010年，第一个由这种新能源驱动的太空船将升入太空。
到了2030年，当加热器将能量输送到氦-3，达到与目前发电机运行频率相同的水平时，核聚变就可以商业化了。
热核聚变和冷核聚变的比较
热核聚变和冷核聚变的比较在当今人类社会中，能源的供应一直是人们关注的焦点之一。
在面对越来越紧张的能源危机的同时，科学家们已经开始探索新的能源供应方式。
其中，核能作为最具潜力的一种清洁能源之一，备受人们的关注。
热核聚变和冷核聚变被认为是最有前途的候选者之一，它们分别代表了两种不同的核反应机制；本文将对热核聚变和冷核聚变进行比较。
1. 热核聚变热核聚变指的是利用高温下的氢等轻元素核熔合来释放能量，这种反应机制模拟了太阳内部的反应过程。
通常情况下，热核聚变需要超过百万摄氏度的高温才能够实现。
因此，需要使用大型装置进行加热和维持高温状态。
热核聚变反应产生的结果是升温和辐射输出。
热核聚变具有多种优点，其中最重要的优点是可以利用最丰富的氢元素，太阳中99.9%的质量是由氢元素组成的。
此外，热核聚变产生的副产物是几乎没有放射性的氦元素，对环境的影响较小。
然而，热核聚变也存在一些问题。
首先，热核聚变需要超过百万摄氏度的高温，并且需要维持这个温度状态。
难以确保这种高温状态的持续性和稳定性。
其次，热核聚变需要大量的资金和成本。
目前，全世界仅有几个国家在投入大量资金进行热核聚变的研究和实验，并且经过几十年的研究，热核聚变仍未进入工业化生产阶段。
2. 冷核聚变冷核聚变指的是利用化学反应或者物理效应，如惯性约束聚变和磁约束聚变，来达到核熔合的目的。
这种反应一般发生在相对低的温度和压力下，通常需要使用强力的电磁场和磁约束来维持这种状态。
冷核聚变具有很多优点。
首先，冷核聚变的实验和发展成本相对较低。
其次，冷核聚变可以在相对较低的温度下实现，因此具有更高的稳定性和可控性。
此外，冷核聚变的技术比热核聚变技术更成熟。
然而，冷核聚变也存在一些问题。
首先，冷核聚变需要大量的能量输入才能够实现，特别是在惯性约束聚变中。
其次，冷核聚变产生的放射性废物可能对环境造成影响。
此外，冷核聚变也需要应对高温和高压的问题。
3. 热核聚变和冷核聚变的比较可以看出，热核聚变和冷核聚变各有优点和缺点。
卡西米尔效应应用
卡西米尔效应应用卡西米尔效应是指两个平行金属板之间存在微小间隔时，由于真空中的虚拟粒子对的存在，会产生吸引力，称为卡西米尔效应。
这个效应初次出现在1948年，由荷兰理论物理学家Hendrik B. G. Casimir发现，至此，卡西米尔效应一度被认为是一个纯粹的理论现象。
然而，近些年来，随着材料科学的发展和制备技术的提高，卡西米尔效应被广泛应用于实际设备和工程中，下面分点分析一些卡西米尔效应的应用。
1.微纳米机械系统微纳米机械系统是指尺寸在微米和纳米级别的设备。
在这些设备中，卡西米尔效应可以用作制动器和传感器。
例如，在微型机械终点处放置平行金属板对，留下合适宽度的微米间隔，接通电源，可以用卡西米尔效应作为制动器，使装置停止运动。
2.纳米技术卡西米尔效应在纳米技术领域中可以用于制造纳米薄膜。
在纳米薄膜生产过程中，利用微米间隔和卡西米尔效应，可以控制膜的厚度和材料质量。
此外，卡西米尔效应可以通过具有特殊结构的材料来调控等离子体频率和色散属性，为纳米光子学和光量子计算提供了基础。
3.量子力学卡西米尔效应在量子力学中的应用最为明显。
人们常常会把卡西米尔效应定义为虚拟粒子对的吸引力。
“虚拟粒子对”是指自由空间中没有实际粒子，但由于能量守恒原理而被认为存在的粒子。
但是，这种现象仍然可以用量子力学理论进行解释。
4.太阳能电池在太阳能电池中，卡西米尔效应可以作为太阳能电池组件之间的隔离层。
这可以提高太阳能电池的发电效率，因为卡西米尔力减少了电池组件之间的电磁干扰。
总之，卡西米尔效应在各个领域的应用越来越广泛，值得我们持续关注和研究。
冷聚变反应堆原理
冷聚变反应堆原理引言冷聚变反应堆是一种利用聚变反应生成能量的装置。
与传统的热聚变反应不同，冷聚变反应堆采用新型的反应机理，可以在更低的温度下实现聚变反应，从而大大提高了能源利用效率。
本文将介绍冷聚变反应堆的原理及其应用。
一、冷聚变反应堆的基本原理冷聚变反应堆的基本原理是利用高能离子束的碰撞产生聚变反应。
在冷聚变反应堆中，通过加速器将带正电荷的离子加速到高速，并将其聚焦束流。
当离子束流与靶材料相撞时，会产生高能碰撞，进而产生聚变反应。
这种反应过程并不需要高温环境，因此被称为冷聚变反应。
二、冷聚变反应堆的工作原理冷聚变反应堆的工作原理分为三个主要阶段：加速、聚焦和碰撞。
1. 加速阶段：在这个阶段，离子束经过加速器加速到高速。
加速器利用电场和磁场的作用，使离子获得足够的动能，以便在后续的阶段中产生高能碰撞。
2. 聚焦阶段：在这个阶段，离子束经过聚焦装置进行聚焦。
聚焦装置利用磁场的作用，将离子束聚集在一起，以便在碰撞阶段中产生更高能量的碰撞。
3. 碰撞阶段：在这个阶段，离子束与靶材料相撞，产生高能碰撞。
这种碰撞会导致靶材料中的原子核发生聚变反应，释放出巨大的能量。
三、冷聚变反应堆的应用冷聚变反应堆具有广泛的应用前景，可以用于能源生产、医学和科学研究等领域。
1. 能源生产：冷聚变反应堆可以产生大量的能量，可以被用作替代传统能源的新型能源。
冷聚变反应堆可以提供可持续、清洁、高效的能源，对环境的影响较小。
2. 医学应用：冷聚变反应堆可以用于放射性同位素的生产，这些同位素可以用于医学诊断和治疗。
通过冷聚变反应堆产生的同位素具有较短的半衰期，可以更好地满足医学需求。
3. 科学研究：冷聚变反应堆可以为科学研究提供高能粒子束。
这些粒子束可以被用于材料研究、粒子物理学等领域，推动科学技术的发展。
结论冷聚变反应堆是一种利用聚变反应产生能量的新型装置。
其原理是通过离子束的加速、聚焦和碰撞来实现聚变反应。
冷聚变反应堆具有广泛的应用前景，可以用于能源生产、医学和科学研究等领域。
冷核聚变可行性研究
冷核聚变可行性研究随着全球对清洁能源的需求日益增加，寻找可替代传统化石能源的方法变得尤为迫切。
核能作为一种高效、可持续，并且对环境友好的能源，受到了广泛关注。
而在核能领域中，冷核聚变成为研究的热点之一。
冷核聚变，指的是实现核聚变反应时不需要高温条件的方法。
与传统的热核聚变不同，冷核聚变使用低温环境下的离子束，通过控制离子束的速度和能量，使得离子之间的距离足够靠近，从而实现核聚变反应。
冷核聚变的可行性在于其相对较低的操作温度和较小的设备尺寸，这为实际应用提供了可能。
传统的热核聚变需要高温环境，导致实际应用时难以控制，并且设备规模庞大。
而冷核聚变无需高温，可以通过调节离子束的速度和能量来控制核聚变的发生，因此在实现上更加可行。
另外，冷核聚变相对于热核聚变来说具有更低的安全风险，减轻了人们对核能技术的顾虑。
由于冷核聚变使用低温环境，因此对于反应的控制更加容易。
热核聚变需要高温环境来维持反应，高温环境下存在着温度过高带来的一系列问题，如反应器材料的熔化和蒸发，以及热能的扩散等。
而冷核聚变通过降低温度，减少了这些问题的发生。
值得注意的是，尽管冷核聚变在理论上具有可行性，但目前仍然存在一些技术挑战需要克服。
首先，如何稳定控制离子束的速度和能量是一个关键问题。
冷核聚变需要精确控制离子束的参数，这对加速器技术提出了更高的要求。
其次，如何实现高能量的离子束也是一个挑战。
高能量的离子束可以在较短的时间内实现核聚变，因此提高离子束能量是提高反应效率的关键一步。
尽管冷核聚变仍需要进一步研究和发展，但相对于传统的热核聚变来说，它具有更多的优势和潜力。
其低温环境和较小的设备尺寸使得冷核聚变在实际应用中更具可行性。
冷核聚变的安全性相对较高，减轻了人们对核能技术的顾虑。
然而，我们应该意识到，冷核聚变仍然需要持续的研究和技术突破才能实现其商业化应用。
总之，冷核聚变作为一种不需要高温条件的核聚变方法，在清洁能源领域具有巨大的潜力。
冷核聚变与E-CAT
冷核聚变背景与E-CAT冷核聚变（Cold Fusion）是指在接近常温常压和相对简单的设备条件下发生的核聚变反应。
核聚变反应中，多个轻原子核被强行聚合形成一个重原子核，并伴随能量释放。
它的专业名称是“低能核反应”。
Andrea Rossi于2011年11月8号在美国物理学家组织网上发表一篇报告，宣称他们制造出名为“E-CAT”的镍氢冷核聚变装置，已经成功实现冷核聚变，不久即将批量生产并投入实际使用。
与传统的核聚变不同，传统核聚变主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（氦），并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。
这个过程需要克服原子之间的库伦静电力排斥作用，因此需要极在高温度下，原子运动达到极致才有可能实现氢原子的碰撞融合，同时还要将原子束缚在反应腔内保证其不外溢，通常用到的手段是强磁场约束和惯性约束，前者耗资巨大，实验室条件下虽已接近成功，但要达到工业应用还差的很远，后者首先在氢弹中实现不可靠核聚变，当时采用原子弹引爆，但现有激光束或粒子束所能达到的功率有限，加上其他种种技术上的问题，使受控惯性约束核聚变仍然是可望而不可及。
大约在1984年，有两位电化学家开始关注起在低温下产生聚变的课题。
一位是马丁·弗莱西曼，英国皇家学会的成员和南安普敦大学的电化学研究教授；另一位是斯坦利·庞斯，美国犹他大学的化学教授。
他们设想，如果强行把两个氘（氢元素的一个变种）原子核挤进一个容不下两个原子核的小空间，这两个氘原子核就有可能发生聚合。
金属钯的分子结构便提供了适合这种要求的小空间。
1989年3月23日，弗莱西曼和庞斯突然举行新闻发布会，宣称在实验室的小型装置上，用钯作阴极电解重水，实现了常温常压下的“冷核聚变”。
消息传出，整个科学界似乎都乱了套,但是，始终没有人成功地重复出弗莱西曼和庞斯的实验结果，他们俩的故事也就成了科学界几乎人人皆知的反面教材。
低温超导核聚变
低温超导核聚变低温超导核聚变，被誉为能源领域的革命性突破。
本篇文章将为您全面介绍低温超导核聚变的基本原理、应用前景以及对未来能源发展的指导意义。
首先，我们需要了解什么是低温超导核聚变。
低温超导核聚变是一种利用超导体在极低温下传导电流的性质，实现核聚变反应的技术。
通过将氘氢等轻核粒子加热至高温，使其达到高能态，随后利用超导材料的超导性质，将高能态粒子束缚在一个限定空间内，从而实现核聚变反应。
相比传统核聚变技术，低温超导核聚变具有更高的效率和控制性。
低温超导核聚变的应用前景广阔。
首先，它有望成为未来的理想清洁能源之一。
核聚变反应产生的能量巨大且无污染，而低温超导技术能够有效地控制和利用这种能量。
其次，低温超导核聚变也被广泛应用于高能物理实验领域。
通过低温超导技术，科学家们能够在实验室中模拟宇宙大爆炸时的高温高能环境，进一步研究宇宙起源和基本粒子物理学。
低温超导核聚变的成功，将对未来能源发展具有重要的指导意义。
首先，它将促进可再生能源的发展。
低温超导核聚变技术为清洁能源的大规模应用提供了更可行的解决方案，使我们逐渐摆脱对化石能源的依赖。
其次，它将为能源供应安全提供一个可靠的选择。
低温超导核聚变的高效能量输出以及核燃料可持续供应的特点，可以稳定能源供应，避免能源危机的发生。
然而，低温超导核聚变仍然面临一些挑战。
首先，科学家们需要继续开发更高温度的超导材料，以提高核聚变的效率。
其次，经济上的成本控制也是一个重要问题。
低温超导核聚变的实验设备和运营成本较高，需要进一步降低成本，以实现商业化应用。
总结而言，低温超导核聚变是一项具有突破性的能源技术。
它有望成为未来清洁能源的主要来源之一，推动可再生能源的发展，并为能源供应安全提供可靠保障。
尽管面临一些挑战，但通过持续的研发和创新，相信低温超导核聚变必将在未来的能源领域发挥巨大的作用。
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收稿日期:2008-10-20
第17卷 第3期2009年9月北京石油化工学院学报JournalofBeijingInstituteofPetro-chemicalTechnologyVol.17 No.3Sep.2009
“冷核聚变”现象与动态卡西米尔效应江兴流 周晓平 王立英 贺苗 彭伟明 乐小云(北京航空航天大学物理系,北京100083)
摘要 “冷核聚变”是一道跨世纪的科学难题,近20年来,许多实验室研究人员得到重复性很好的实验结果,但由于没有一种合理的理论解释,大多数研究者又一味寻求以现有的核物理理论为基础的理论解释,因而陷入理论困境,为此也受到主流科学界的排斥。基于大量的实验事实,结合量子真空零点能理论和动态卡西米尔(Casimir)效应,笔者提出涡旋动力学和挠场理论,对“冷核聚变”实验中的异常放热、微量核辐射、广谱核嬗变以及滞后放热等现象进行合理解释,受到国际科技界的广泛重视。笔者将对部分实验结果以及核力的超短程卡西米尔力解释等理论进行分析,并讨论“冷核聚变”现象在能源应用方面的前景。关键词 零点能;卡西米尔力;冷核聚变;挠场中图法分类号 O571
1989年3月23日,M.弗莱希曼(MartinFleischmann)和S.庞斯(StanleyPons)以钯金属为阴极,铂金属为阳极,进行重水D2O的电解,产生了超热,这些超热的量不能用已知的化学反应来解释,因此,他们宣布发现了常温下的核聚变,又称“冷核聚变(ColdFusion)”。近20年来,许多实验室得到重复性很好的实验结果,但由于没有一种合理的理论解释,为此受到主流科学界的排斥。基于大量的实验事实,结合量子真空零点能理论和动态卡西米尔(Ca-simir)效应,江兴流提出涡旋动力学、动态卡西米尔效应和挠场理论,成功地解释了“冷核聚变”实验中的许多异常现象。1 真空零点能(ZeroPointEnergy)现代物理学研究表明真空并不意味着一无所有,真空是一个巨大的能量涨落之海。因为真空的每一点都存在一种叫做“零点能”的能量,也就是说零点能无处不在,它的能量密度约为1095g/cm3。正如诺贝尔物理学奖获得者费恩曼说过那样:一咖啡杯里所蕴涵的能量可以把整个地球的水烧干还绰绰有余。早在1891年,美国科学家特斯拉(NikolaTesla)在一次演讲中就提到:几个世纪之后,也许我们可以从宇宙中的任意一点提取能量来驱动我们的机械。可以说,宇宙中的一切事物都与真空有关,所有的“异常物理现象”都能从真空零点能找到答案。真空的假设最初是由希腊的哲学家Leucippus和Democritus提出的。在17世纪,人们认为只要简单的抽掉所有的气体,就能产生一个完全空虚的空间,这是最初的普遍被人们所接受的关于真空的概念。然而,在19世纪,却发现当一个空间(比如一个密封的箱子)中的气体都被抽掉以后,它还存在热辐射。对于当时的自然哲学家而言,剩下的热辐射也许能够通过冷却降低温度祛除掉。为此,人们又提出了第二个概念:在排除一切物质以后,再把温度降到绝对零度,从而达到真正的空虚的真空。因为在当时19世纪,在技术上远远不能达到绝对零点,所以人们就认为这个问题好象已经被解决了。然而,在20世纪,理论和实验都表明:即使温度能够降到绝对零点,空间里还会存在一种非热辐射。比如:氦被冷却到绝对1度以内,它依然还是液态。所以这一串的思想解释了这具有争议的“零点能”的名字。在1891年,被誉为是“交流电之父”的尼古拉·特斯拉第一次意识到真空零点能的存在及其性质。他指出:在空间里的每一点都存在着能量。1905年,爱因斯坦在他的文章中引入了被描述成是独立的能量包的“光量子”。1912年,MaxPlanck基于爱因斯坦的这一离散、非连续的量子,提出了著名的Planck黑体辐射方程,该方程包含了这残余能量因子—量子的一半,其形式为1/2hf(h是普朗克常数,f是频率)。它的大小取决于频率f,但永远大于0。从此,人们普遍认为:普朗克的方程标志着“零点能”这个概念的诞生。这一不可思议的因素,被理解成对任何模型都有效的平均振荡能量,甚至是当温度达到绝对零度。与此同时,在1909年,爱因斯坦发表了“涨落公式”,描述了热辐射的能量涨落波动。在这一发现之后的一年时间里,爱因斯坦和狄拉克看到了零点能的价值,并且认识到了它的重要性。1913年,爱因斯坦在论文中计算了氢分子的具体热量包括零点能,这与实验结果吻合的非常好。Dedye也做了包括零点能的计算,并且展示了它在伦琴射线衍射、折射中的效应。接下来的几十年中,由于海森堡的不确定性原理的提出,零点能对于量子力学变得非常重要。该原理指出:对一个运动中的粒子(比如一个电子),不能同时以较高的精度测得其空间位置和动量。比如:当越精确的测出该粒子的空间位置时,便不能测得其动量(质量乘以速度),反之亦然。因此,当粒子的温度降为零时,也就是粒子的速度为零时(温度与动量相关),它的空间位置又不确定了,即它仍然在振动;否则,如果粒子完全停下来,那它的动量和位置就可以同时精确的测知,而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动(零点振动)所具有的能量就是零点能。由此可以看出,所有物质存在的这个空间再不是一个空无一物的空间,而是一个到处都充满着电磁涨落的空间。这也意味着,原来所认识到的物质根本就不是一个孤立体系,而是与这些电磁涨落共存,它们之间有相互作用。迄今为此,已经有许多这些相互作用被发现,比如兰姆位移、自发辐射、卡西米尔效应等十几种效应。而这些效应也揭示量子真空及量子真空零点能的根本重要性。因为它是所有物质存在的本底,所有物理事件发生的场所。这就使得真空成为现代物理学的中枢结构。
2 “冷核聚变”现象与真空零点能
M.弗莱希曼和S.庞斯于1989年宣布发现的“冷核聚变”现象在当时世界科学界引起了巨大的轰动,因为:第一,如果常温下真的能发生聚变反应,必将带来一次新的科技革命。科学家们一直探索用氘-氚聚变来作为未来能源的来源,但实现这一聚变反应有两大难点,首先,这一反应必须在超高温、超高压的环境下进行。这就决定了必须提供足够的输入能量才能触发聚变反应。而且,既然是高温高压环境,就大大增加了反应装置的整体体积和复杂性,使成本大大提高。目前各国都投入大量的经费用于热核聚变研究,著名的国际热核聚变实验堆(ITER)计划耗资100多亿美元。尽管如此,到目前为止由于缺乏坚实的理论依据和等离子体过程的复杂性,受控热核聚变研究进展仍然缓慢,离实际应用遥遥无期。这就是为什么冷核聚变一被发现就立刻受到广泛重视的原因之一。最近(2009年5月),新任美国能源部长朱棣文呼吁用诺贝尔奖水平的研究工作解决能源问题,冷核聚变是候选项目之一。第二,常温核聚变如果是真的,所有物理学教科书都要改写。一般热核聚变反应的产物中都会有中子和γ射线。但大多数已公布的冷核聚变,其聚变产物要么没有中子和γ射线放出,要么其产生的过热释放与中子、γ射线等反应产物不相匹配。综上所述,冷核聚变与热核聚变无论从反应条件还是从反应产物来说都存在尖锐的对立。换言之,被称为冷核聚变的这种现象无法在传统物理学框架内给出合理解释。在这一背景下,1989年10月31日,美国能源研究顾问委员会的22名专家对冷核聚变现象进行了为期6个月的调查,对冷核聚变给
58北京石油化工学院学报2009年第17卷出了否定性的结论。认为没有可靠的证据说明产生了冷核聚变,冷核聚变的实验证据与半个世纪以来获得的已知的核科学理论不符,建议联邦财政不支持冷核聚变研究。美国能源部的这一报告,其影响显然超出了美国本身,对全世界这一领域的研究都带来了否定性的影响,明显阻碍了这一研究领域的进展。曾被许多媒体称作“病态科学”或“伪科学”的“冷核聚变”研究,其近况究竟如何?作者参考在美国麻省理工学院召开的第十届国际冷核聚变会议(ICCF-10,2003年8月)和2005年5月冷核聚变座谈会内容,对冷核聚变研究的现状作一简单介绍。许多从1989年开始研究“冷聚变”的科学家,虽然处于经费不足,被人误解的状态,但仍坚持艰苦的探索。国际原子能委员会(IAEA)分管聚变的原官员(1995～2001)T.J.Dolan在清华大学召开的ICCF9国际会议的总结会上,提出五种重要的解释冷聚变现象的理论模型,其中有江兴流提出的涡旋动力学(VortexDynamics)模型。涡旋动力学模型的主要论点在于:局域瞬态非平衡体系产生涡旋,而涡旋的内聚作用和极化效应,使体系内的粒子相互靠近,通过涡旋动力学与真空零点能产生挠场相干,提取真空零点能,并产生局域极化核反应和高度定向的轴向加速高能粒子。这种局域瞬态非平衡体系出现在电极微突起处或多层膜的非平衡点处。这一理论成功地解释了许多异常放热和核嬗变现象,因而受到了广泛重视。美国能源部于2003年11月6日召见一批从事15年冷核聚变研究的科学家,讨论重新评估冷核聚变的问题。PhysicsToday杂志也于2004年4月1日发表文章,题目是:“DOEWarmstocoldfusion(能源部热心于冷核聚变)”。一篇由调研人员StevenKrivit和Na-dineWinocurf访问了50多名世界各国的有关科学家写成的题为:“TheColdfusionReport”且长达53页的报告,详细报道了“冷核聚变”的研究成果及许多证明冷核聚变现象的客观存在和可重复性的实验事实。美国能源部在重新评议冷核聚变的过程中,参会的18个科学家仍然以现有的理论框架和核反应产生热量的传统观点来评价冷核聚变现象,因此有2/3的评议人认为在令人信服的异常放热的实验中,没有发现核反应的证据。但是他们都认为冷核聚变现象是值得进一步研究的。从1989至今,全世界有不少科学家克服种种困难,探索着冷核聚变这一新的物理现象,有更多可靠、可信的实验证据已表明,被称之为“冷核聚变”这一现象的确是存在的,以下是由世界各地不同科学家在最近几年所做的有过热现象产生的几个典型的实验。在第10届国际冷核聚变会议期间,Mitch-ellSwartz在麻省理工学院(MIT)Hagelstein教授的实验室演示了Fleischmann/Pons型钯—低电导率重水—铂电解池。在不同的实验条件下,这一装置的过热功率比为167%～267%,这一现象的演示过程在会议期间多次进行过。“Letts-Cravens”效应:用激光照射电解池阴极会激发过热的产生,这一现象由三个科学家小组(MichaelMckubre,EdmundStorms,和MitchellSwartz)各自独立地观测到。此实验结果有两个特点:第一,实验的输出功率是输入功率的30倍;例如:当输入激光束功率为30mW时,电解池输出为1W。第二,这一实验重复性很好。美国科学家RogerStringham在超声空化实验中发现:氧化氘中气泡瞬态破裂产生一束包含10e10个氘核高密度等离子体喷注。在电化学实验中,我们也同样观测到高度定向的核反应。赝火花放电实验中,在瞬间产生的高密度等离子体中,由于自收缩效应和挠场轴向加速效应,从而观测到异常高能粒子的出现。在挠场作用下的(D,D)反应,第三反应道也可能出现。考虑到核场中的Primakoff效应和轴子(Axion)模型,应能观察到高度定向的轴子,即轻的中性赝标量粒子。在“冷核聚变”研究中,观察到过量的4He的出现,就属于这种情况。由于中子发射方向的随机性,少数固定位置的中子探测器是不容易测到中子的。而(D,D)反应中出现的质子(P)和氦核(He)由于能量在MeV量级,在液体中的射程很短(<1mm),不能从烧杯外部探测到。在过去的19年里,以上这些用传统热核聚变无法解释的冷核聚变现象的实验事实足以说明,“冷核聚变”现象是存在的,而且在一些关键