新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                        冷-冷核聚变

    核聚变能很可能会成为人类的一个巨大福利。核聚变所用的燃料
与核裂变不同，不是用相当稀有的放射性元素铀或钍，而是用氘（又
叫“重氢”）。氘在海洋中多得数不胜数。因此，核裂变只够我们用
几千年，而核聚变则够我们用数十亿年。

    另外，核聚变产生的放射性废物要少得多，而且不像核裂变那样，
需要一个比较大的“临界质量”才能进行。如果“临界质量”较大，
可能会出现一场无法控制的灾难。而对核聚变来说，你一次只用一点
氘，便可进行反应。即使它失去控制，也只不过听到一声不大的爆裂
声而已。

    核聚变是一种更为丰富的能量来源，而且可能是一种更为安全的
能量来源。如果我们能够获得可控的、实用的核聚变能量，我们的能
量问题便永远解决了。

    但是其中还有困难（是不是总会有困难）。我们已经尝试了很多
年，但是至今未获成功。其困难在于：为了获得核聚变，我们必须把
一个原子核打进另一个原子核。然而，原子核都带正电荷，而正电荷
是相互排斥的。

    这意味着，当你试图把氢原子核推到一起时，它们会竭尽全力相
互躲避。为了使它们服从我们的意志，而不是任其自由，必须用巨大
的推力一下子把它们挤压在一起。能做到这一点的方法是，把氢加热，
使得原子核能以极快速度运动（温度越高，运动越快），以至于没有
时间相互躲避。然而，这可不是需要一点点温度，而需要上千万度的
高温。

    在太阳的中心，一直进行着核聚变反应，那儿的温度高达1500万
摄氏度。太阳的中心还经受着来自太阳外层的重力挤压，这也会迫使
原子核挤到一起。正是温度与压力这两者的结合促使了核聚变的发生。

    在地球上我们至今无法产生像太阳中心那样的压力，因而，我们
只能用提高温度的办法来弥补。这样，我们就必须使温度高达上亿度。
我们已经花费了35年的时间去得到足够高的温度，而至今仍不能很好
地操纵它。

    那么我们是否能找到在低温下产生核聚变的途径呢？我们是否能
找到产生冷-冷核聚变的途径呢？目前已经存在着一种可能性。

    在低温下，每个氢原子核的外围有一个电子，屏蔽着原子核。由
于电子的存在，原子核根本不可能相互接近，更谈不上相互挤压在一
起了。

    然而，现在我们说的是普通电子。还存在着另一种叫做μ子的粒
子，就各方面而言，这种粒子与电子都相同，只不过有一点例外。那
就是它比电子重得多——大约重207倍。

    科学家还不知道为何会存在这种粒子，或者说，为何这种粒子的
质量比电子重得多，而在其他各方面又与电子完全一样。然而，毕竟
存在着这种粒子。

    一个电子可以与只包含一个质子的氢原子核保持平衡，从而形成
一个普通的氢原子。因此，一个μ子也能做到这一点。为何不可以呢？
它只不过是一个重电子嘛！这样一来，就形成了一个“μ原子”。

    不过，比一个电子重207倍的μ子，它围绕原子核运转的轨道半径
也是电子轨道半径的二百零七分之一。一个μ原子比很小的原子核也
大不了多少。事实上，在某种条件下，一个μ子会围绕着两个氢原子
核旋转，因而即使在普通室温下，也能使两个氢原子核十分接近。

    假如两个氢原子核中的一个是氘，而另一个是氚（氢原子的一种
更重的形态），这一点就特别重要。氘与氚碰在一起要比两个氘更容
易发生聚变反应。因而，假若它们被μ子拉在一起的话，就不需要比
普通室温更高的温度了。

    而且，一旦核聚变发生后，μ子就会离去，再去围绕另外的一对
原子核（氘与氚）旋转。平均说来，一个μ子可以使150对原子核发生
聚变反应。

    当然，事情仍有麻烦。氚具有放射性，在自然界中十分稀少。要
把它制造出来，并不是一件容易办到的事。μ子更是一个难以对付的
家伙。氚一旦制成后，平均经过12年便会衰变掉一半。而μ子只能存
在二百万分之一秒，只能不断地把它制造出来才行。即便每一个μ子
产生50次核聚变，这还是不够的。必须找到能产生更多次核聚变的方
法。英国牛津的卢瑟福实验室的科学家就正在进行这方面的工作。

    即使我们能把物质加热到足以发生普通核聚变的温度，我们还是
要尽力找到一种比较低温的途径。归根结底来说，这是更易于操作，
并且更为便宜的途径。