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低溫核融合的實現?
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一群美國及俄國的科學家宣稱他們進行的實驗得到了室溫核融合的證據。儘管結果仍有爭議,但若他們的發現為真,將是自然科學的一大進步。
核融合之所以困難在於要將兩個質子抵抗其相斥力而壓縮到極小的距離,這個步驟需要極大的溫度及壓力。所以在使用核融合所放出的能量為武器的氫彈中,必須先以核分裂的原子彈來提供所需要的能量才能進行核融合。當兩個質子融合之後會形成重氫。不過在反應爐中要做到所需要的條件實在是太過困難,所以研究人員會選擇氘跟氚來進行核融合的研究。一樣可以產生極大的能量不過所需要的條件則略為寬鬆。
美國 Oak Ridge National Laboratory的Rusi
Taleyarkhan表示,他們的實驗從另一個完全不同的觀點著手。桌上就可以完成而且所需要的材料相對於傳統核融合反應是便宜又方便。他們主要提供核融合所需的臨界能量的方法稱為cavitation,是利用釐米級的氣泡受到高頻震盪而爆破所產生的能量。他們表示當泡泡爆破的時候將可以產生一千萬度的高溫及壓力來將兩個原子核進行核融合。
他們的實驗是利用氘將丙酮中所有的氫都換掉。他們對丙酮同時照射中子並加上高頻震盪。當泡泡在丙酮中爆破的時候,他們利用聲光效應來觀察所發出的光。因為泡泡爆破的能量很大又集中於一個小區域,所以可以有足夠的能量使分子發光。另一個可能的證據自來自中子的檢測。當兩個氘融合的時候會放出一個中子,所以檢查是否有中子發射出來便成為核融合是否成功的最好證據。他們表示他們檢查出了少量的氚,也就是融合後的產物,也觀察到中子從丙酮中發射出來。
這個研究結果仍有爭論,不過就算是成功了,距離商業化的大規模發電仍然有一大段距離。
原始論文
Taleyarkhan, R. P. et al Evidence for nuclear emissions during acoustic
cavitation. Science, 295, 1868 - 1873, (2002). (本篇科學新聞來源提供:SciScape)
■ 奈米溫度計![]()
日本研究人員設計了世界上最小的、由單一碳奈米管構成的奈米溫度計(nanothermometer),可以量測分子反應時的溫度變化。
由日本茨城國立材料科學學院的Yihua Gao與Yoshio Bando所設計的奈米溫度計,其長度10微米約為頭髮直徑的十分之一,直徑則僅為75奈米。研究人員在碳奈米管內充填液態鎵,鎵的熔點為29.8℃,由於鎵的體積在攝氏50度到500 度間會隨著溫度呈線性變化,因此當此種奈米溫度計置於一個微小的區域時,由鎵的體積改變量即可以推測溫度的變化。
奈米溫度計非常敏感,因此可以量測到一小群的分子互相反應時的溫度變化,當然奈米溫度計需要用到高功率的電子顯微鏡來觀測。Bando認為此種奈米溫度計可以應用在醫學工程研究上,例如更精確的研究雷射如何燒穿皮膚以及其他的身體組織。
芬蘭的科學家也在研究奈米溫度計,不過他們係使用奈米等級隧道接面(nanoscale tunnel junctions)的庫倫阻絕(Coulomb blockade)效應來製造奈米溫度計,不同於日本研究人員所使用的充填液態鎵碳奈米管。
■ 新型光觸媒,讓水變「能源」
日本科學家發明一種新的光觸媒,可將水分解成氧及氫。
氫是最環保的能源之一,以電解法電解水則是獲取氫最常用的方法。不過目前主要的發電方法大多會產生污染,且無法再生利用。以太陽能電池驅動電解作用雖然較環保,可惜大部分的太陽能電池無法產生足夠的電力。
光觸媒(photocatalysts)是一種可以藉由光的能量引發某些化學反應的化學物質。例如:能分解水的光觸媒只要浸泡在水中,並且照射日光,就會產生電子與電洞;電子傳到水分子上產生還原反應、形成氫氣,電洞則將水氧化、形成氧氣。但利用可見光的光觸媒不是效能不彰,就是性質不穩,長期使用容易分解。數種利用紫外線的光觸媒效能雖然不錯,但對那些大部分落於可見光波段的太陽能卻無法利用而白白浪費了。
日本科學家Zhigang Zou發明的這種光觸媒,是一種添補了鎳的銦鉭氧化物。它的性質很穩定,長期使用效率不會下降,且由於具有適當的能帶間隙(band gap),因此可提供相當的電解能量。雖然目前還無法做商業應用(因其能源利用率還不到百分之一),但Zou表示,只要加以改良,例如將它製成多孔狀或磨成細粉,增加其表面積,便可提升其效能,屆時氫的供應將如同天然氣一樣方便了。
(取材自Nature, 2001.12.06)