电化学，成功提高了核聚变反应的发生率！

核聚变是太阳的能量来源。它所能释放的能量比核裂变更为强大，产生的放射性废物也更少。因此，在地球上实现核聚变，有望为人类带来取之不尽的清洁能源。

然而，要实现聚变，就必须让两个原子核以极高能量正面碰撞，而目前的聚变反应堆尚不足以产生足够的碰撞，进而无法释放出比其消耗的更多的能量。

现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，一个研究团队利用一个小型的台式反应堆，证明了通过电化学手段可以提升聚变反应堆中的碰撞率。

氘燃料与冷聚变争议

在聚变研究中，物理学家经常使用氢的重同位素，如氘（D）作为燃料。因为和普通氢相比，重同位素更容易达到触发聚变所需的条件。

通常，核聚变是在极端高温高压的条件下实现的。但还有一种可能实现聚变的方式是：使用更小型的反应堆，并将离子束引向某种靶材上。

早在1934年，科学家就首次演示了氘-氘聚变，当时他们使用高能氘离子束轰击一个涂有氘化物的固体金属靶。

到了1989年，有科学家声称，他们在常温常压下，用钯（Pd）阴极对重水进行电解（D₂O）时，检测到超出常规解释的“异常热量”。他们认为，多出来的热量源自于氘离子发生了核聚变。但由于这些实验结果一直没能得到其他研究的验证，因此“冷聚变”最终被认为是不可靠的。

聚变的新思路

不过，科学家们并没有停止探索新的途径。在新的研究中，研究人员就转而采用了一种完全不同的路径：他们将钯作为金属靶，用电化学的方法，在常压下把高浓度的氘注入钯，然后再用氘离子束轰击。

一个由铱阳极（+）、钯阴极（−）和重水构成的电化学电池。（图/Nature）

具体来说，他们在重水浴中构建了一个由铱（Ir）阳极（+）和钯阴极（−）组成的电化学电池。在阴极表面，电子与重水分子发生反应，将重水分解为氘原子（D）和氘氧离子（OD⁻）。氘原子随后迅速扩散进入钯晶格。

利用电化学，他们能将更多的氘挤入金属钯中，从而在常压条件下也实现了更高的氘/钯比。一伏特的电压便能达到通常需要800个大气压才能实现的效果。

结果显示，用电化学方法把氘加载到钯靶中，氘–氘聚变反应率比仅仅用等离子体场加载钯时，平均提高了15%。而且与“冷聚变”实验依靠测量热量作为证据不同的是，这项研究直接探测到了中子和γ射线，从而验证了聚变的发生。

从实验台到未来能源

研究人员表示，虽然他们尚未实现净能量增益，但这一方法显著提升了聚变率，而且具备可重复性，便于其他研究者在此基础上继续拓展。虽然提升幅度有限，但这是首次通过等离子体浸没离子注入与电化学加载相结合的方式，实现氘-氘核聚变。

研究人员表示，他们希望这项工作能将核聚变研究从大型国家实验室带到普通实验台上。这一方法结合了核聚变、材料科学与电化学，搭建了一个能够系统调控燃料加载方式与靶材的平台。他们视之为一个起点，期待学界在开放而严谨的探索精神下不断迭代和改进。

##参考来源：

https://science.ubc.ca/news/2025-08/researchers-use-electrochemistry-boost-nuclear-fusion-rates

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02254-x

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09042-7

#图片来源：

封面图&首图：The University of British Columbia.