核聚變是太陽的能量來源。它所能釋放的能量比核裂變更為強(qiáng)大，產(chǎn)生的放射性廢物也更少。因此，在地球上實(shí)現(xiàn)核聚變，有望為人類帶來取之不盡的清潔能源。

然而，要實(shí)現(xiàn)聚變，就必須讓兩個原子核以極高能量正面碰撞，而目前的聚變反應(yīng)堆尚不足以產(chǎn)生足夠的碰撞，進(jìn)而無法釋放出比其消耗的更多的能量。

現(xiàn)在，在一項新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，一個研究團(tuán)隊利用一個小型的臺式反應(yīng)堆，證明了通過電化學(xué)手段可以提升聚變反應(yīng)堆中的碰撞率。

氘燃料與冷聚變爭議

在聚變研究中，物理學(xué)家經(jīng)常使用氫的重同位素，如氘（D）作為燃料。因?yàn)楹推胀湎啾龋赝凰馗菀走_(dá)到觸發(fā)聚變所需的條件。

通常，核聚變是在極端高溫高壓的條件下實(shí)現(xiàn)的。但還有一種可能實(shí)現(xiàn)聚變的方式是：使用更小型的反應(yīng)堆，并將離子束引向某種靶材上。

早在1934年，科學(xué)家就首次演示了氘-氘聚變，當(dāng)時他們使用高能氘離子束轟擊一個涂有氘化物的固體金屬靶。

到了1989年，有科學(xué)家聲稱，他們在常溫常壓下，用鈀（Pd）陰極對重水進(jìn)行電解（D?O）時，檢測到超出常規(guī)解釋的“異常熱量”。他們認(rèn)為，多出來的熱量源自于氘離子發(fā)生了核聚變。但由于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果一直沒能得到其他研究的驗(yàn)證，因此“冷聚變”最終被認(rèn)為是不可靠的。

聚變的新思路

不過，科學(xué)家們并沒有停止探索新的途徑。在新的研究中，研究人員就轉(zhuǎn)而采用了一種完全不同的路徑：他們將鈀作為金屬靶，用電化學(xué)的方法，在常壓下把高濃度的氘注入鈀，然后再用氘離子束轟擊。

一個由銥陽極（+）、鈀陰極（?）和重水構(gòu)成的電化學(xué)電池。（圖/Nature）

具體來說，他們在重水浴中構(gòu)建了一個由銥（Ir）陽極（+）和鈀陰極（?）組成的電化學(xué)電池。在陰極表面，電子與重水分子發(fā)生反應(yīng)，將重水分解為氘原子（D）和氘氧離子（OD?）。氘原子隨后迅速擴(kuò)散進(jìn)入鈀晶格。

利用電化學(xué)，他們能將更多的氘?dāng)D入金屬鈀中，從而在常壓條件下也實(shí)現(xiàn)了更高的氘/鈀比。一伏特的電壓便能達(dá)到通常需要800個大氣壓才能實(shí)現(xiàn)的效果。

結(jié)果顯示，用電化學(xué)方法把氘加載到鈀靶中，氘–氘聚變反應(yīng)率比僅僅用等離子體場加載鈀時，平均提高了15%。而且與“冷聚變”實(shí)驗(yàn)依靠測量熱量作為證據(jù)不同的是，這項研究直接探測到了中子和γ射線，從而驗(yàn)證了聚變的發(fā)生。

從實(shí)驗(yàn)臺到未來能源

研究人員表示，雖然他們尚未實(shí)現(xiàn)凈能量增益，但這一方法顯著提升了聚變率，而且具備可重復(fù)性，便于其他研究者在此基礎(chǔ)上繼續(xù)拓展。雖然提升幅度有限，但這是首次通過等離子體浸沒離子注入與電化學(xué)加載相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)氘-氘核聚變。

研究人員表示，他們希望這項工作能將核聚變研究從大型國家實(shí)驗(yàn)室?guī)У狡胀▽?shí)驗(yàn)臺上。這一方法結(jié)合了核聚變、材料科學(xué)與電化學(xué)，搭建了一個能夠系統(tǒng)調(diào)控燃料加載方式與靶材的平臺。他們視之為一個起點(diǎn)，期待學(xué)界在開放而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶剿骶裣虏粩嗟透倪M(jìn)。

##參考來源：

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

#圖片來源：

封面圖&首圖：The University of British Columbia.