汞变黄金有望成为现实？新研究：利用核聚变反应堆可批量生产黄金

在元素周期表中，黄金和汞分别是79号元素（Au）和80号元素（Hg），这也就意味着，黄金原子核内有79个质子，而汞原子核内有80个质子，所以从理论上来讲，只要我们能够在汞原子核里去除一个质子，就可以将汞变成黄金。

不过在过去的日子里，人们普遍认为，由于这种方法需要的技术很复杂、成本也高昂，而最终产出的黄金却极为有限，投入与产出严重不成比例，因此在现实中并不具备可行性。

引人注目的是，一项近日发表在预印本服务器（arXiv）上的新研究，提出了一种方法，即：利用核聚变反应堆可批量生产黄金。研究人员指出，如果该方法得到进一步的验证，那么在不太遥远的未来，汞变黄金就有望成为现实。

根据介绍，这项研究的理论核心在于巧妙利用氘-氚聚变反应过程中释放的高能中子。

简单来讲，氘-氚聚变反应被认为是目前人类最有可能实现的可控核聚变形式。氘和氚是氢的两种同位素，氘的原子核包含一个质子和一个中子，而氚的原子核则由一个质子和两个中子组成，当氘和氚发生聚变时，它们会结合成氦-4原子核（由两个质子和两个中子构成），同时释放出大量能量和一个中子。

研究人员指出，由于氚在地球上极为稀缺，核聚变反应堆必须具备自主增殖氚的能力，因此在核聚变反应堆（特指一种被称为“托卡马克”的环形装置）的内壁周围，通常会安装一层特殊设计的“增殖毯”。

这层“增殖毯”由两类材料组成：一类是氚增殖材料，主要使用锂，用于吸收核聚变过程中释放的中子并通过核反应生成氚；另一类是中子倍增材料，如铍或铅，其作用是通过与入射中子反应产生多个次级中子，从而提高氚的增殖效率。

而他们提出的方法，就是将一种自然界较为常见的稳定汞同位素——汞-198（自然丰度约10%）——也掺入到这层“增殖毯”中，

当聚变反应开始，其释放的高能中子流就会持续不断地轰击这层含有汞-198的材料，并通过以下三步生产出黄金。

第一步是中子捕获：一个高能中子撞击一个汞-198原子核，并被其捕获。

第二步是核素转变：汞-198原子核捕获到高能中子后，会转变成另一种不稳定的汞同位素——汞-197。

这一步涉及到一种被称为“(n,2n)”的核反应，其反应式可表示为“目标核 + 中子 → 新核 + 2个中子”。

其原理简单来讲就是，(n,2n)是一个吸能反应，原子核在捕获中子后，如果入射中子具有足够的能量，原子核就会处于激发态，在此状态下，原子核是不稳定的，它会发射出两个中子来释放能量，然后才会稳定下来。

研究人员指出，这是实现转化的关键一步，而由于氘-氚聚变反应释放出的高能中子足以触发汞-198的 (n,2n) 反应，因此这一步在理论上是完全可行的。

第三步是自发衰变：由于汞-197的原子核内部结构不稳定，它会自发地寻求更稳定的状态，在此过程中，它会通过一个名为“电子俘获”的过程进行衰变。

其过程简单来说就是，汞-197原子核会从自己的电子壳层中捕获一个电子，这个电子会与核内的一个质子结合，从而变成一个中子。

此过程完成后，原子核内的质子数就从80个减少到了79个，而这也就意味着，它转变成了金-197——而这也是我们已知的唯一一种稳定黄金同位素。

研究人员通过计算机模拟计算出，这个从汞-197转变为金-197的过程相当迅速，其半衰期仅为约64小时。

而更引人注目的是其可批量生产黄金的潜力，计算结果表明，通过这种方法，一个输出功率为1吉瓦（1GW）的核聚变反应堆，理论上每年能够生产出大约2吨的黄金。

研究人员表示，我们目前只能说汞变黄金有望在未来成为现实，而不是确定，这是因为此项研究现在还只是基于理论上的推演和计算机模拟，尚未在真实的聚变反应堆中得到实验数据，理论能否转化为现实，还需要大量的后续工作来进行验证。

参考资料：Scalable Chrysopoeia via（n，2n）Reactions Driven by Deuterium-Tritium Fusion Neutrons，arXiv:2507.13461