第三類核聚變反應堆問世！桌面大小、室溫聚變，究竟咋回事？

好傢伙！你能相信核聚變反應堆可以放在桌面上，不需太陽內部的高溫高壓，室溫下就能發生核聚變反應，燃料密度比託卡馬克裝置中的等離子體還高4億倍，每秒可以產生高達1萬億次的聚變反應嗎？

英國初創公司Astral Systems利用美國宇航局（NASA）2020年發現的晶格約束核聚變(Lattice Confinement Fusion, LCF)技術，開發出了一種名爲多態核聚變(Multi-State Fusion, MSF)的技術，在託卡馬克和激光核聚變外另闢蹊徑，或將一舉解決全球醫用同位素短缺危機，並可能爲核聚變能源研究提供新的思路和有價值的實驗平臺。

這聽起來似乎太過美好。畢竟在大多數人的印象中，核聚變反應堆要麼是超大型的託卡馬克裝置，要麼是需要巨型激光器的慣性約束系統。一個桌面級的裝置真的能實現可控核聚變嗎？

事實上，這個問題的答案藏在了一個看似不起眼的地方——金屬晶格。

讓我們把時鐘撥回到2020年。當時NASA的研究團隊發現，如果將氘原子(氫的一種同位素)裝入特殊的金屬晶格中，比如鉺(Er)，就能在室溫下實現極高的燃料密度。這個密度有多高？比託卡馬克裝置中的等離子體高出4億倍！

但這還不是全部。更關鍵的是，金屬晶格中的電子能夠"屏蔽"原子核之間的庫侖斥力，大大降低了實現核聚變所需的能量閾值。這就好比在兩個帶正電的檯球之間架起了一座隱形的橋樑，讓它們能夠更容易地"親密接觸"。

Astral Systems的團隊抓住了這個關鍵突破，並提出了一個大膽的設想：如果能同時在等離子體和金屬晶格兩種狀態下實現核聚變，會發生什麼？

經過三年的努力，他們的答案令人震驚。2023年，他們證實了這種"雙態聚變"反應堆不僅可行，而且效率遠超預期。第三代原型機已經能夠實現每秒1萬億次的氘氚聚變，並且可以連續運行超過25,000小時。

但這項技術最引人注目的應用，或許並不在能源領域，而是在醫療健康方面。

目前全球90%的醫用放射性同位素依賴於5-6個老化的核裂變反應堆生產，其中5個將在2030年前關閉。這意味着未來幾年內，全球將面臨嚴重的醫用同位素短缺危機，影響數以億計患者的診療。

Astral Systems的雙態聚變反應堆爲解決這一危機提供了一個令人耳目一新的方案，因爲這個小小的聚變反應堆可以按需生產醫用同位素！

它的工作原理其實很簡單：聚變反應產生的高能中子會轟擊反應堆中特製的靶材（如鉺），使其轉化爲需要的放射性同位素。這就像是一個微型的同位素工廠，可以通過更換不同的靶材來定製生產各種診療所需的同位素。

由於體積小巧，這種反應堆可以直接安裝在醫院內部，實現醫用同位素的即時本地化生產。這不僅能大幅降低成本，還能避免放射性同位素在運輸過程中的衰變損失。

展望未來，公司計劃在2030年前推出性能更強大的Mk5型號，屆時聚變率將提升到每秒1千萬億（10¹⁵）次。這意味着一個桌面大小的裝置就能滿足一座大型醫院的同位素需求，還有什麼比這造福於民的呢？

從NASA實驗室的基礎突破，到英國工程師們的創新應用，這個意想不到的技術演進過程，可能會徹底改變我們對核聚變的認知。或許在不久的將來，當你在醫院做核醫學檢查時，所用的放射性同位素就來自於牆角那個桌面大小的"迷你聚變堆"。

NASA的兩篇相關論文，發表在2020年4月頂級物理期刊Physical Review C上。

參考文獻：

Steinetz, B.M., et al.: Novel Nuclear Reactions Observed in Bremsstrahlung-Irradiated Deuterated Metals (NASA/TP—2020-5001616), Phys. Rev. C, vol. 101, no. 4, 2020, p. 044610.

Pines, V., et al.: Nuclear Fusion Reactions in Deuterated Metals (NASA/TP—2020-5001617), Phys. Rev. C, vol. 101, 2020, p. 044609.