Science 版 (精华区)

发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标  题: 烧杯内外的风暴
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年04月14日22:36:32 星期天), 站内信件

烧杯内外的风暴 柯南　　“不可思议”的核聚变，烧杯里面上千万度的高温。每个人的
想法都不一样。你相信烧杯里面的核聚变吗？  　
　　“不可思议”往往是“无法令人相信”的代名词。当一项重大的科学发现公之于众
的时候，直觉有时候会告诉自己：“那不可能。”更何况，假如这个研究领域曾经出现
过著名的丑闻，人们无法不产生某种联想，并且变得更加谨慎。美国《科学》杂志的主
编唐纳德·肯尼迪几个月来一直忍受着类似事件的困扰。故事的主角是烧杯中翻腾的气
泡——以及烧杯外更加激烈的争论。气泡核聚变　　20世纪30年代，德国科学家发现，
当声波穿过液体的时候，如果声音足够强，而且频率也合适，那么会产生一种“声空化
”现象——在液体中会产生细小的气泡。气泡随即坍塌到一个非常小的体积，内部的温
度超过10万摄氏度，在这一过程中会发出瞬间的闪光。这种现象被称为“声致发光”。
科学家认为，如果产生的气泡越大，那么它坍塌后的温度就越高——甚至可能高达1000
万度。这个温度足以引发核聚变反应。　　核聚变是较轻的原子核“聚合”成较重的原
子核的核反应。太阳50亿年以来一直在进行着核聚变：两个氢原子核聚变成一个氘原子
核，外加一个正电子和中微子；同时释放出0.42兆电子伏的能量。而反应产生的氘原子
核最终会聚变成氦原子核。这个过程听起来简单，实现起来却不那么容易。原子核全都
带正电，只有在极高的温度、压强和密度下它们才能靠近、融合。毫无疑问，太阳内部
满足核聚变的条件（温度高达数亿度）。核聚变可以作为一种能源加以利用，比如太阳
能其实就是核聚变产生的能量——那也是我们赖以生存的能量。但是要在地球上利用核
聚变产生能量却不太容易，核聚变要求的温度太高，在技术上很难实现大规模的应用。
一个成功的核聚变例子是氢弹，然而它的能量完全不能控制。　　科学家想到，声空化
和声致发光或许能够用来实现核聚变。事实上，美国橡树岭国家实验室的Taleyarkhan等
人正是这么做的。在3月8日出版的《科学》杂志上，他们报告说，使用声致发光的方法
，他们在烧杯里面实现了核聚变。 　　Taleyarkhan的实验装置　　Taleyarkhan的实验
装置如图所示。在烧杯中盛放的是特殊的丙酮。之所以说“特殊”，是因为丙酮分子中
的氢原子全都被氘原子代替。在烧杯的一旁放置了中子源——科学家认为这样有助于产
生更大的气泡。经过实验，科学家发现液体中的氚含量元素升高，通过观测实验产生的
中子，科学家认为核聚变确实发生了。这被称为“气泡核聚变”。 　　咕噜咕噜：气泡
以每秒10千米的速度崩溃，这个过程会产生5000万个大气压强。崩溃导致的激波传出容
器壁，那就是你听到的声音。请点击上图(QuickTime格式)。如果没有QuickTime播放软
件，请点击这里下载。　　 “发表还是不发表？”　　去年10月，Taleyarkhan等人向
《科学》杂志提交了他们的论文。这一发现注定要成为争论的焦点：它实在太不可思议
了，或者说，对于重大的科学发现应该持非常谨慎的态度。风暴不仅仅发生在烧杯内部
，也发生在烧杯外的科学界。用《科学》杂志上的一篇文章的话来说：“（围绕Taleya
rkhan等人论文的）争论都足以引发核聚变了。”　　如果两个氘原子发生核聚变，那么
它们有可能产生一个氦-3原子和一个能量为2.45MeV的中子，或者产生一个氚原子（含有
2个中子的氢同位素）和一个3.02MeV的质子。质子会很快被丙酮液体吸收掉，因此能探
测到的就是2.45MeV的中子。Taleyarkhan在论文中认为他们却使用闪烁计数器探测到了
这个能量的中子，而且事后在丙酮中也发现了氚含量的升高。橡树岭实验室的一位负责
人要求另两位科学家对气泡核聚变进行验证。他们使用了一个新的、更大的闪烁计数器
探测中子，结果却没有重复出Taleyarkhan等人等人的实验结果。Taleyarkhan和这两位
科学家就此问题展开了辩论。　　因为这一结果，橡树岭实验室的负责人要求《科学》
杂志延期或者撤掉这篇论文，《科学》杂志的主编肯尼迪对于这种干涉杂志出版的行为
感到恼火。事实上，企图干涉论文发表的不仅仅是橡树岭实验室一家。Lawrence Liver
more国家实验室的物理学家Mike Moran评论Taleyarkhan等人的论文“七拼八凑”。他认
为即使用快中子照射实验用的丙酮也能产生氚含量升高的现象。　　肯尼迪认为，只要
论文符合编辑程序、通过了同行评议的过程，那么论文就可以发表，这是《科学》杂志
自己的事情。他说，“我们的职责就是在尽可能保证论文质量的情况下，把那些有趣的
、潜在的重大科学突破传达给公众。……我们认为发表是正确的选择，即使——甚至是
必然——会带来一些争论。”肯尼迪在同一期《科学》杂志上的这篇编者按有一个有趣
的题目：《发表还是不发表》，让人不禁想起哈姆雷特的那句著名的台词。想必这也是
肯尼迪编辑生涯中遇到的最头疼的一件事。　　最终的结果是，《科学》杂志发表了Ta
leyarkhan等人的论文，但是论文经过了作者的修改，回应了一些质疑。《科学》杂志编
辑部也接受了普林斯顿大学的物理学家William Happer 和IBM公司 Thomas J. Watson 
实验室的Richard Garwin的建议，决定不把这篇文章作为杂志的封面文章。冷核聚变的
闹剧　　这件事之所以闹得沸沸扬扬，除了它的结果令人感到不可思议之外，还有另外
一个原因：在历史上曾经有多次“冷核聚变”事件，而这些事件事后证明全都是假的。
　　迄今为止，所有关于核聚变的研究都不能实用化。例如，受控热核聚变面临的一个
难题是如何约束超高温的聚变“燃料”。使用惯性约束和磁约束都能达到目的。借助磁
场把高温的等离子体“关”起来（现在还没有什么容器能够承受如此高的温度），这种
试验装置被称为“托卡马克”装置。但是所有的托卡马克装置都处于实验阶段。建造一
个托卡马克需要大笔的资金，而且你别想（至少是在可以预见的未来）把钱赚回来。如
果托卡马克装置输出的能量能和输入的相等，那么科学家就已经相当高兴了。　　那么
，冷核聚变必然会受到人们特别的关注。既然在室温下就能实现核聚变，那么对聚变条
件的要求就要比热核聚变低得多。在这里顺便说一句，你也许会问，现在的商业核电站
不也工作在不太高的温度下吗？确实如此，但是现在所有的核电站都是通过核裂变而不
是核聚变发电。同样质量的聚变材料要比裂变材料产生的能量更多，而且更安全。一杯
海水中含有的氘聚变产生的能量相当于几桶石油的能量——现在你能明白为什么要研究
核聚变了吧？　　1989年，英国南安普顿大学的马丁·弗莱西曼和美国犹他大学的斯坦
利·庞斯突然向新闻界宣布，他们实现了常温下的核聚变。实验装置很简单，就是用钯
制成的电极电解重水（D2O）。他们认为，在电解过程中，两个氘核能被“挤”进钯的晶
格中间，从而不必借助高温也能实现核聚变。根据他们公布的结果，输出的能量是输入
的4倍以上。　　这件事开始就不太对头，弗莱西曼和庞斯首先向新闻界公布了他们的这
一“发现”。然而根据惯例，科学发现应该先得到学术界的认可，然后才能向新闻界公
布。换句话说，他们应该把研究成果发表在经过同行评议的学术杂志上，然后才能开新
闻发布会。毕竟，如果是真的，那么冷核聚变是一个非常重大的科学发现。弗莱西曼和
庞斯为了确保他们首先“发现”冷核聚变，抢先向新闻界公布了他们的成果。　　结果
当然想当轰动，想想看，如果有一种廉价的新能源被开发出来，从此人们再也不用为能
源危机担心，有谁不会感到激动呢？媒体对冷核聚变大加炒作，二人的研究成果也被传
得越来越神，甚至有这样的传闻，说庞斯出现在酒吧里，手指缠着绷带，那是因为在实
验室中爆炸了一颗微型氢弹！　　科学应该具有可重复性，在弗莱西曼和庞斯公布他们
的成果之后，全世界的这个领域的科学家都开始重复他们的誓言。然而结果令人困惑：
有人的实验结果认为冷核聚变发生了，有人认为没有发生。越来越多的人开始质疑所谓
的冷核聚变。最后，科学家对弗莱西曼和庞斯新建造的实验装置观察了一个月，结果没
有发现任何核聚变的现象。后来的研究者发现，二人的实验方式不严谨，发现所谓的能
量“输出”其实是电解水产生的氢和氧重新化合产生。核聚变根本没有产生。　　然而
这个错误没法挽回了。新闻界的炒作使全世界范围内产生了一股“冷核聚变热”。即使
有人开始质疑弗莱西曼和庞斯的实验结果之后，一些媒体仍然先入为主的有意“挑选”
报道，置科学家的怀疑于不顾。最终，“冷核聚变”变成了科学史上的一件丑闻。　　
今天的“气泡核聚变”和10多年前的“冷核聚变”还是不同的。气泡核聚变还应算作热
核聚变，而且Taleyarkhan等人遵守了学术界的惯例。在经历了上次的风波之后，新闻界
也变得更加谨慎，没有出现盲目的乐观情绪。　　那么，“气泡核聚变”到底有没有发
生？无论是支持还是怀疑的人都同意一点：应该重复进行实验。 

--
心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.229.154]