人类对轻核聚变的一点新认识.doc

人类对轻核聚变的一点新认识人类对核聚变的认识有这两种途径即高温核聚变和低温核聚变本文介绍利用μ子作触媒来实现低温核聚变的一种途径本世纪30年代，美国加利福尼亚工艺学院物理学家安德森在云室照相里发现了从太空落到地面的“宇宙辐射”的高能粒子中有现在被称为μ子的粒子μ子不参加强相互作用，属于自旋为半整数的费米子，所以同电子，中微子一样归入轻子类μ子有时被称为“重电子”因为除了质量是电子的207倍，平均寿命是2.210-6秒以外，两者再没有其他差别了如μ子带的电荷也有正负之分，带电量同电子电量相等1）如果设想，氢原子核外绕核旋转的不是电子而是μ子，情况会怎样？首先，原子半径将缩小207倍，因为由玻尔的量子论，电子绕核的轨道半径同电子的质量成反比其次，由于μ子运行轨道比电子的运行轨道离原子核的正电场近，即μ子波能部分的作用与原子核内，这种作用可有效的克服两原子间的静电斥力（静电壁垒）这样，核外是μ子的氢原子核就有可能与另一原子核（如氘核）相互接近到~10-15米的距离而发生聚变吉林大学物理系苟清泉　教授在60年代初指出上述聚变的可能性（2）他说：“在—258oC低温下的液态氢中，靠μ介子作为触媒，质子与氘核可以进行聚变反应合成氦的同位素32He，同时放出540万电子伏特的能量”。

最早指出上述低温核聚变理论机制的是英国布里斯托尔大学的弗兰克教授他认为用μ子代替电子实现低温核聚变的过程分为四个步骤第一步，μ子打入氢原子并将氢原子核外的电子击出形形成μ子素（Muonium）；第二步，附近的氘核或氚核吸引μ子将本身的电子抛出；第三步，是核外μ子的氘核再次吸引氢原子形成“中介分子”而抛出电子这个“中介分子”是由氘核与质子通过μ子结合的产物，核间距离极小，加上核本身的振动就有可能克服核间静电斥力而结合在一起；第四步，μ子消失，只剩下一个中子和两个质子组成的新核即23He,至此核聚变完成经计算，弗兰克认为整个聚变过程约需1微微妙弗兰克的设想因为无实验依据而被束之高阁1955年，美国核物理学家卢斯.阿尔瓦雷斯领导的伯克利研究小组在对K介子与氢核之间的相互作用深入研究时，认为气泡室内可能发生了弗兰克所设想的聚变这是支持弗兰克设想的第一个实验依据前苏联理论物理学家波诺马雷夫和格斯坦修正了弗兰克的设想他们认为μ子可先与氘核结合起来，接着以极快的速度同氘分子紧紧连接成一个“超分子”在“超分子”内部，原子核的间距可达核力作用的范围而发生核聚变形成α粒子和氘核由于“超分子”形成速度极快，所以核聚变进行的快得多。

在μ子衰变前至少可以诱发100次核聚变1983年，史蒂文.琼斯博士及其领导的研究小组在美国爱达荷州国力工程实验室开始这项研究工作该小组第一次探测到一个μ子诱发了80次核聚变 虽然从理论上说，这是实验的极大成功，可是要将这种核聚变推向实用仍然是不行的通过计算，只有当一个μ子诱发300至400次核聚变，才能在能量上有盈余，在经济上才是合算的爱达荷州的物理学家们多次改进了实验条件，使得他们在1985念4月美国物理学会上宣布μ子可约在100至200oC的温度下触发核聚变，并说只要进一步改进实验条件，每个μ子诱发1000次核聚变是完全可能的如果这种设想成为事实的话，提出一种新的可控核聚变方案并组织实施就为期不远了（3）由上可知高温核聚变核低温核聚变是核聚变的两种途径前者在理论上讨论较多，实践上可望在80年代末达到点火温度，90年代有可能进入实用阶段后者在理论上提出了一些观点，尚不够成熟实验室尽管取得了可喜的成果，但离开实用距离尚远随着理论上逐步成熟，实验不断改进，低温核聚变必将会越来越受到重视参考书目（1）（美）乔治伽莫夫：《物理学发展史》，P.302~P.308 商务印书馆1981年7月第一版（2）苟清泉吴知非：《普通物理学（原子物理学部分）》下册P.366高等教育出版社1961年6月第一版（3）金维克：《能实现低温核聚变吗？》：《知识就是力量》，1985年第11期P.2。