摘要：好家伙！你能相信核聚变反应堆可以放在桌面上，不需太阳内部的高温高压，室温下就能发生核聚变反应，燃料密度比托卡马克装置中的等离子体还高4亿倍，每秒可以产生高达1万亿次的聚变反应吗？

好家伙！你能相信核聚变反应堆可以放在桌面上，不需太阳内部的高温高压，室温下就能发生核聚变反应，燃料密度比托卡马克装置中的等离子体还高4亿倍，每秒可以产生高达1万亿次的聚变反应吗？

英国初创公司Astral Systems利用美国宇航局（NASA）2020年发现的晶格约束核聚变(Lattice Confinement Fusion, LCF)技术，开发出了一种名为多态核聚变(Multi-State Fusion, MSF)的技术，在托卡马克和激光核聚变外另辟蹊径，或将一举解决全球医用同位素短缺危机，并可能为核聚变能源研究提供新的思路和有价值的实验平台。

这听起来似乎太过美好。毕竟在大多数人的印象中，核聚变反应堆要么是超大型的托卡马克装置，要么是需要巨型激光器的惯性约束系统。一个桌面级的装置真的能实现可控核聚变吗？

事实上，这个问题的答案藏在了一个看似不起眼的地方——金属晶格。

让我们把时钟拨回到2020年。当时NASA的研究团队发现，如果将氘原子(氢的一种同位素)装入特殊的金属晶格中，比如铒(Er)，就能在室温下实现极高的燃料密度。这个密度有多高？比托卡马克装置中的等离子体高出4亿倍！

但这还不是全部。更关键的是，金属晶格中的电子能够"屏蔽"原子核之间的库仑斥力，大大降低了实现核聚变所需的能量阈值。这就好比在两个带正电的台球之间架起了一座隐形的桥梁，让它们能够更容易地"亲密接触"。

Astral Systems的团队抓住了这个关键突破，并提出了一个大胆的设想：如果能同时在等离子体和金属晶格两种状态下实现核聚变，会发生什么？

经过三年的努力，他们的答案令人震惊。2023年，他们证实了这种"双态聚变"反应堆不仅可行，而且效率远超预期。第三代原型机已经能够实现每秒1万亿次的氘氚聚变，并且可以连续运行超过25,000小时。

但这项技术最引人注目的应用，或许并不在能源领域，而是在医疗健康方面。

目前全球90%的医用放射性同位素依赖于5-6个老化的核裂变反应堆生产，其中5个将在2030年前关闭。这意味着未来几年内，全球将面临严重的医用同位素短缺危机，影响数以亿计患者的诊疗。

Astral Systems的双态聚变反应堆为解决这一危机提供了一个令人耳目一新的方案，因为这个小小的聚变反应堆可以按需生产医用同位素！

它的工作原理其实很简单：聚变反应产生的高能中子会轰击反应堆中特制的靶材（如铒），使其转化为需要的放射性同位素。这就像是一个微型的同位素工厂，可以通过更换不同的靶材来定制生产各种诊疗所需的同位素。

由于体积小巧，这种反应堆可以直接安装在医院内部，实现医用同位素的即时本地化生产。这不仅能大幅降低成本，还能避免放射性同位素在运输过程中的衰变损失。

展望未来，公司计划在2030年前推出性能更强大的Mk5型号，届时聚变率将提升到每秒1千万亿（10¹⁵）次。这意味着一个桌面大小的装置就能满足一座大型医院的同位素需求，还有什么比这造福于民的呢？

从NASA实验室的基础突破，到英国工程师们的创新应用，这个意想不到的技术演进过程，可能会彻底改变我们对核聚变的认知。或许在不久的将来，当你在医院做核医学检查时，所用的放射性同位素就来自于墙角那个桌面大小的"迷你聚变堆"。

NASA的两篇相关论文，发表在2020年4月顶级物理期刊Physical Review C上。

参考文献：

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.

来源：徐德文科学频道