美國初創(chuàng)公司聲稱可以使用聚變技術(shù)制造黃金

煉金術(shù)士的夢想是用普通金屬制造黃金，但這能做到嗎？

解釋如何將一種元素變成另一種元素所需的物理學(xué)是眾所周知的，并且?guī)资陙硪恢庇糜诩铀倨骱蛯ψ矙C(jī)，它們將亞原子粒子粉碎在一起。

當(dāng)今最著名的例子是位于日內(nèi)瓦的 Cern 的大型強(qiáng)子對撞機(jī)。但以這種方式制造黃金的成本廣闊，并且產(chǎn)生的數(shù)量微乎其微。

例如，Cern 的愛麗絲實(shí)驗(yàn)估計(jì)它只生產(chǎn)了29 皮克黃金，同時(shí)運(yùn)營超過四年。按照這個(gè)速度，需要數(shù)百倍于宇宙壽命才能制造出金衡盎司黃金。

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加州初創(chuàng)公司馬拉松融合提出了一種非常不同的方法：利用中子粒子的放射性核聚變反應(yīng)堆來改造一種形式的汞變成另一個(gè)，稱為 Mercury-197。

然后衰變成穩(wěn)定的金形式：金 197。這種粒子衰變過程是一個(gè)亞原子粒子自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)或多個(gè)較輕的粒子。

Marathon Fusion 的團(tuán)隊(duì)估計(jì)，一個(gè)聚變電源工廠可以生產(chǎn)幾噸一年運(yùn)行中每吉瓦火電的黃金。

用中子轟擊同位素汞-198會(huì)導(dǎo)致放射性同位素汞-197的產(chǎn)生——隨后衰變?yōu)榻鸬奈ㄒ环€(wěn)定同位素。

關(guān)鍵是要有足夠能量的中子來觸發(fā)汞衰變序列。如果這可以發(fā)揮作用，那么這是一個(gè)有趣的想法。但能否賺取可觀的利潤是另一回事。

為此，需要大中子通量（中子輻射強(qiáng)度的量度）。這可以使用聚變反應(yīng)堆的標(biāo)準(zhǔn)燃料混合物氘和氚（兩者都是氫的形式）產(chǎn)生，以在聚變反應(yīng)堆的等離子體中產(chǎn)生能量。

中子很容易穿透物質(zhì)并從原子核（核心）上散射，并在此過程中減慢速度。將汞 198 轉(zhuǎn)化為金需要能量超過 600 萬電子伏特的中子。

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為了得出估計(jì)，Marathon Fusion 一直在使用聚變反應(yīng)堆的“數(shù)字孿生”——一種模擬聚變反應(yīng)物理和由此產(chǎn)生的放射性過程的計(jì)算機(jī)模型。此類工作的一個(gè)局限性是數(shù)字孿生需要針對真實(shí)的商業(yè)聚變反應(yīng)堆進(jìn)行驗(yàn)證——但目前還不存在。

在科學(xué)家實(shí)現(xiàn)商業(yè)聚變反應(yīng)堆之前，還有許多挑戰(zhàn)需要克服。其中包括為其建造創(chuàng)造新材料，以及了解作系統(tǒng)以持續(xù)提取電力所需的科學(xué)知識(shí)，以及開發(fā)有助于保持等離子體聚變反應(yīng)運(yùn)行的人工智能系統(tǒng)。

即使是一些最先進(jìn)的聚變實(shí)驗(yàn)，例如英國的 JET（歐洲聯(lián)合環(huán)面）項(xiàng)目，也只能產(chǎn)生相對的少量能量.

然而，英國的研究人員設(shè)計(jì)了一種新方法，通過改變廢氣等離子體的控制方式來縮小聚變反應(yīng)堆的尺寸。這種新型聚變反應(yīng)堆概念的原型，稱為用于能源生產(chǎn)的球形托科馬克（步驟），目標(biāo)是到 2040 年準(zhǔn)備就緒。

放射性廢物

從紙面上看，可以在聚變反應(yīng)堆中用汞制造黃金。然而，在商業(yè)聚變反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)之前，Marathon Fusion 在其數(shù)字孿生研究中使用的假設(shè)將尚未得到檢驗(yàn)。

此外，聚變反應(yīng)堆生產(chǎn)的任何黃金最初都是放射性的，這意味著它將被歸類為放射性廢物– 因此需要在生產(chǎn)后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行管理。

正如核物理學(xué)家和粒子物理學(xué)家所熟知的那樣，在創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)的數(shù)字孿生時(shí)，很容易忘記包含重要的物理效應(yīng)和關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

但是，雖然將這些廢物加工成可用的純金將是一個(gè)需要解決的進(jìn)一步挑戰(zhàn)，但它不一定會(huì)阻止長期投資者。

目前，這在紙面上仍然是一個(gè)有吸引力的提議——但我們距離啟動(dòng)一種新的加州淘金熱還有一段路要走。

阿德里安·貝文，物理與化學(xué)科學(xué)學(xué)院物理學(xué)教授，倫敦瑪麗女王大學(xué)

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