背 景

因为原子核和电子不仅在能量大小而且在能量的释放时间上都有着巨大的差别，所以核物理和化学占领着两个不同的世界。但彭斯（Pons）、弗莱希曼（Fleischmann）和霍金斯（Hawkins）的观测结果以及琼斯（Jones）等人的独立工作表明在这两个世界中存在一座桥梁。因此而诞生的学科人们习惯称之为“冷聚变”，这是一个不幸的名字。因为没有已知的理论可适当地支持这些结果，而且许多实验数据表述很差并且难于重复，使得多数科学家一直反对这种观念。这些实验所揭示的现象本质与人们固守的传统观念间存在的矛盾也增加了人们接受它的困难。

尽管怀疑者有好的理由，一些科学家还是很成功地重复了这些结果。如今许多研究仍在不断取得进展，特别是在美国之外。目前世界上至少有8个国家，包括数以百计的科学家和每年数百万美元的经费投入了该领域的工作。已存在非常有说服力的结果支持最初的报道，也有许多新的结果需要用新的眼光来审视。

该领域的范围已大大超出原先报道的，现在可以称之为“化学辅助核反应”（chemically assisted nuclear reaction，CANR）以代替“冷聚变”。它的特征是产生的异常能量远远超过传统的化学来源，产生了在原来环境中没有的许多元素并且产生的辐射只能归因于核反应。这些现象都出现在当有氕（H）和氘（D）存在时用各种技术处理的多种材料中。核产物包括氦（He）、氚（T）和各种类型的嬗变所产生的同位素。实验中还观测到中子、γ射线、X射线和带电粒子等形式的辐射，但它们远远低于能量产生所要求的水平。还有人报道了由于物理环境变化而引起氚放射衰减率的变化。这些不断增加的超常性质使一个综述要涵盖全部领域不出现使读者感到疏远的错误是困难的。

为了理解CANR，我们需要讨论为什么这些报道让人如此难以置信。这种不信任是由于实验的不完善，以及实验结果与传统核相互作用概念间的矛盾所引起的。此外，许多——特别是在|好几个高水平的机构——产生超热的实验是失败的，也给人以该现象不能重复的印象。在当时确实如此，但是当对好几个变化因素有较好了解之后，产生超热和核产物的成功率已有很大改进。有些方法和少结果在处理需要技巧的实验时是高度可重复的。另外我们现在已经知道许多负结果是由于没有了解和控制一些重要的实验变量而引起的。例如在用钯（Pd）作阴极的电解池中，如果在重水（D₂O）中掺入很多轻水（H₂O），效应就不会出现。事实上恰恰是许多早期的研究用了开放的电解池从而容易从大气中吸收H₂O。除了这些实验问题外，Pd性质的高度可变性也使得只有一小部分样品具有必要的特征。当然，随机误差仍很重要，但不断深入的研究表明误差不是正结果的主要起因。

实 验

CANR现象已从简单的电化学充D进入Pd和Ti扩展到包括电解、气体反应、放电、通过半导体的质子传导、气泡形成引起的空化、机械形变、突然分解氢化物和生物系统等各种方法。当用H和D时每种方法都产生了不寻常的结果，但不同的学者仅独立地重复了少数几种方法。本节将讨论包括电化学产热在内的多数方法，重点集中于以前综述未曾介绍过的近期工作，辐射和核产物将在不同的小节中讨论。

电 解

电解是CANR效应中最广泛使用的方法。当电流通过水基电解液时，在阴极上形成H（或D），在阳极上形成O。作为阴极的金属与氢反应形成氢化物。通常用Pd作阴极电解D₂O，各种形式的Ni作阴极电解H₂O。H用Pd和D用Ni都未发现产生异常效应。其它金属也有给出异常效应的报道，但未见重复。此外，因为尚未完全了解的原因，某批金属比其它批金属更像能产生CANR效应。因为存在这些额外的变量，所以如果像某些怀疑者所提出的那样即正结果仅仅起源于随机误差的话，那么负结果就能正好抵消正结果。

重 水

在Pd电解认D₂O的情况下形成的氢化物是β-dD_1-x，它具有面心立方结构，在D子晶格中含有空位（x）。因为在阴极表面的有效D活度（或浓度）非常高，所以通常不稳定的氢化物可在微米深的某个区域内形成。此外，表面区域富集着沉积的杂质影响着D的活度和各种复合物的相稳定性，因此，活泼的化学环境是高度可变的，这也可部分解释实验为什么难于重复。因为这些原因，我们不能像过去经常做的那样，仅仅基于已知的β-PdD的化学环境来理解该现象。

迄今为止已有50篇以上的论文报道了可重复产生的超热，多数至少发表在会议文集上，作者对发表于1996年3月前的进行了评述。为了理解并最终接受热产生的报道，我们需要了解在量热中出现的各种可能误差以及如何消除它们。例如，在早期研究中人们大量使用开放电解池，正如琼斯等指出的，其中可能出现不可靠的D₂和O₂气的复合，这个过程可使量热器捕获到大小不等的能*，且可能被解释为超热，所以现在多数研究采用闭合电解池或测量D₂ -O₂复合的数量。另一个早期的问题是存在于未搅拌量热器中的温度梯度，为了回答这个诘难，彭斯和弗莱希曼（以下简称P-F）等以及其他人证明了电解产生的气泡引起的混合足以消除他们电解池中大的温度梯度。另外，电解池内壁上静止的水层对壁的热导性的影响未给予足够的重视，电解池内的流动模式对该层的尺度影响很大，因此这类恒温外套式量热器的准确性可通过改变搅拌率和改变气泡产生量为综合验证。此外，没有气泡产生的内热源所作的刻度不能用于有气泡产生的电解化学条件，也就是说，仅仅用基于气泡搅拌的最热器或当机械搅拌率不确定的情况下就很难对某些报道进行评估。相反，某些学者用的量热器设计已完全消除了温度梯度的影响，如流量型量热器，双壁恒温外套式量热器和基于Seebeck效应的装置。

P-F在他们的最初实验中用的量热器要求非常复杂的数学推导，这就为反对者大开方便之门。好几个独立的分析研究对他们的报道进行了评估，最详细的是威尔逊（Wilson）等的。对于这些和其他诘难，P-F在几篇随后发表的文章中以及其他人发表的报告中都给予了回答。此外，Lonchampt独立地用一个完全相同的量热器重复了P-F的异常热工作。尽管用不同的方法分析P-F的热测量给出略微不同的结果，但其结论都支持他们异常热产生的报道。

—个在SRI的深入工作以它的干净彻底以及装置和方法的艺术性而突出。EPRI投入了600多万美元才给出我们这个信息，而日本的NEDO在3年前EPRI从该领域退出后继续资助该工作。他们用的是流带型量热器，其中的电解池是密封的并装有一个复合催化器使分解水的能量又都回到量热器中，水流可回收超过98%的输入能量。D在Pd阴极中的浓度由电阻变化来监测。当施加不同的电流时用一个内热源保持内部温度恒定，该热源也可用于检测仪器的稳定性。该装置的热测量是基于冷却流体的流量和温差，是一个绝对量热器。它显示出非常稳定的行为，尽管在报告的数据中用±50 nW的不确定度，实际上能量变化灵敏度可达±10 mW。样品在电解开始后的一段时间内未产生超热，几百个小时后电流增加并引起D/Pd比增加，超热也跟着出现。超热的产生需要一个平均的D/Pd阈值且在D/Pd大于该阈值后超热随D/Pd增加而增加。其他学者的工作也报道了相同的行为，所加的电流也有同样的效应，即存在一个电流阈值，其它实验室的工作，包括P-F的，也与此相一致，电流低于阈值时检测不到超热。用不同形式的样品和不同的量热方法都显示出该行为，对这些结果的反对必须解释为什么在超热与D/Pd比和电流的关系上是如此一致。SRI的研究结论可概括为5点：（1）D/Pd比必须超过一个临界值；（2）电流必须维持到一个临界时间；（3）电流密度必须超过一个临界值；（4）有时通过在电解液中加入某些杂质可活化惰性的Pd；（5）效应仅仅出现在样品上的一小部分区域，且某批比其它批要好。这些结论与所有发表的显示有超热的结果完全一致，并分别被其他研究者所证实。遗憾的是，所有试图用Pd启动CANR效应的都要遇到很大比例的失败，更引起混乱的是，很多负结果甚至连实验所需的基本要求也未能满足。

轻 水

奇怪的是，H和D都可产生超热和核产物。但正如预料的那样，核产物常常是不同的。米尔斯（Mills）等利用轻水首先给出能量输出，其他人已重复了产能实验并找到证据表明它来源于核嬗变。最近，CETI公司用镀Ni的塑料球电解流动的Li₂SO₄轻水溶液，证实会产生巨大的能量。但多数试图重复该实验的努力是不成功的。很明显，金属镀在塑料球上是很重要的性质，就是参考了他们的专利也难于重复（最近公布的Patterson专利表明不用塑料球基底，只用纯的Pd、Ni和Ti粉也可产生超热一译者注）。

H₂气体与Ni反应也能产生热和核产物，H还被当作携能粒子轰击Ni，这些将在后面叙述。在有关产生³He的报道中估计³He是当H和D都存在时d-p聚变产生的。

核产物

氚

第一个支持P-F报道的核产物是在电解池中测到了氚。当超热产生时这个同位索产量很小而且看来它与电解池中的其它杂质特别是Cu有关，还与阴极表面的枝晶有关。测到的异常数量的氚主要存在于电解液中而不以DT气体形式存在。相反，原来作为杂质溶于Pd中的氚在电解过程中常常以DT气体的形式释放出来。这种相反的行为表明观测到的氚不是由于氚的污染也不是在Pd体内形成的，只有在表面形成的氚才可以溶于电解液中。遗憾的是，已有的证据表明氚产生比超热产生还要困难。

在10来个研究结果中有两个是比较突出的，可用来示范Pd-D₂O系统中产生的异常氚，威尔（Will）等曾在前国家冷聚变研究所用完全与环境隔绝的电解池，其中装有D₂SO₄或H₂SO₄电解液和复合催化剂。在同批Pd样品条件下，从4个含有D₂O的电解池中发现7x10¹⁰一2.1x10¹¹的氚原子，而用H₂O时氚原子少于4×10⁹个（检测极限）。其它批的结果对D₂O和H₂O都给出低于检测极限的氚。Pd中的T/D比远远高于电解液中的，表明氚来自Pd。详细分析许多未用过的Pd样品表明没有氚污染。他们得出结论说污染引起效应的概率是1/2380。

Texas A & M的学者用盛有LiOD溶液的电解池产氚，电解池与另一个相似的、未活化的电解池相串联。氚产率与所加电势（电流）有关，变化电流和搅拌电解池可使氚产生终止，反应还可以再开始。这个行为与氚来源于污染或外环境完全不符。总共产生了10¹⁵个氚原子而未用的Pd中仅有5.1×10⁹个原子（测量本底）。

克莱特（Claytor）等一直在探索氚产生。一个小的Pd丝和一个惰性电极在低气压A中产生脉冲气体放电，电压很低以至于不能触发已知的高压下的传统聚变反应，所有的Pd丝都已脱气处理过以消除任何氚污染。尽管检测了来源不同的大量Pd样品，但在商用Pd中没有发现氚，这个经验与其它早期的详细研究结果是一致的。他们用抽真空的不锈钢反应器防止氚来源于大气的聚集，其实这即使是在LANL也是不会出现的污染。泵浦的D₂气通过一个含有等离子体反应器（其中发生放电）的环路，并通过一个飞秒技术测氚计，该仪器可持续地测氚。采取措施将气体抽出并转化为水然后用标准的液闪技术测氚的浓度。这两种独立的方法可保证产物确实是氚。已经比较了好几种样品的行为，这些样品有的暴露在D₂和H₂气体中，有的用Pt取代活性材料。在放电开始后有活性的样品马上就开始产氚，电流或其它操作条件的变化都可引起氚产率的变化。相似条件下当用H₂取代D₂或用Pt取代Pd时都没有效应，从而提供了一个零值校验。像该领域的所有实验，产生该效应的能力对Pd样品的性质非常敏感，因为这个原因，结果间很不一致。无论如何，某批Pd或其合金具有很高的成功率以允许探索很多变量。在多种产氚的事例中，该工作突出地表明是很难反驳的，尽管该工作没有发表在正规学术刊物上，但它在LANL广泛审查过并可在因特网上得到它。

氦

在该领域的历史刚开始时就认为⁴He是可能的核产物，但⁴He的难于检测使其不得不等到米尔斯等的详细工作发表之后才得到肯定。另外，还有其它几个小组证实了电化学体系中的⁴He产生，日本的气相充D法也证实产生了⁴He。在每种情况下，都要仔细地排除可能从容器外的大气中进入的⁴He。但不是所有的尝试都能成功，其原因部分是由于难以产生超热，部分是由于难以从D₂中测到⁴He。报道的⁴He水平低于把聚变反应作为⁴He唯一来源时的期望值，而实际测到的⁴He值也不是⁴He的总和，即包含在气体和溶解于Pd中的总和，仅是两个源中的一个被当作典型值而报道。很明显，当与产能相比较时需要考虑听有的⁴He。有人测到了α粒子发射且最近有人报道了³He产生，其他学者正在证实后一结果。当⁴He产生时未测到任何显著的γ辐射，这也再—次说明⁴He不是由“热”聚变产生的。

米尔斯等在美国海军的资助下进行了深入的验证。从产能的电解池中析出的气体被收集到一个金属长颈瓶中，然后用灵敏的质谱仪进行分析。除了明显的泄漏外，没有可测量热产生的样品也没有可测量的⁴He。尽管误差是大的，但自洽模式是很显然的。虽然⁴He产率比期望的聚变反应要求的低20倍，但因为没有测量仍留在Pd中的⁴He所以定量比较是不可能的。此外，出现在周围气体中的任何⁴He都意味着很多⁴He来自表面几微米深的区域内，而更深范围内形成的⁴He将完全留在金属内。由于B含量不同的样品给出相近的⁴He产率，所以看来可排除⁴He来源于d+¹⁰B→⁴He+⁸Be及其次反应⁸Be→2⁴He。

中子发射

有300篇以上的文章报道了中子测量结果，但多数非常不成功，只有少数仔细和幸运的结果测到了中子及其能量。高桥亮人是第一个也是最成功的，当一个电解池产超热时测到了中子发射。能谱是用NE-213探头结合脉冲高度分析方法得到的，能量在2.45 MeV、4.5 MeV和7 MeV附近出现明显的峰。其它研究也报道上相似的能量值和发射率。尽管该工作表明了超热产生和中子发射间的关联性，但多数研究表明在产超热时未能测到中子，其原因部分可能是灵敏度不够，部分可能是没有中子产生，也可能中子发射和热来源于不同的反应，因此它们只是偶尔同时出现。关于中子有许多问题仍未解答。

嬗变产物

最近的研究揭示出许多种元素似乎是重核素的碎片或重核与D或H的聚变产物，有时聚变后似乎跟着裂变而有时似乎涉及某些除了Pd和Ni以外的元素。我可以援引许多结果，但为了综述的目的，只有两个做详细描述。《新能源杂志》1996年秋季刊和《无限能量》1997年3卷13和14期包含有关于异常核嬗变的许多报道文章。一些组织正提出利用该效应迅速转化放射性同位素为稳定同位素。这些报道的结果还有许多不确定性并且人们正利用各种方法和化学环境进行持续的努力。

米尔斯和帕滕森（Patterson）已经合作对主要是Ni的塑料球上的薄层进行了检验，实验是在流动的轻水溶液中电解后进行的。十分仔细地分析了使用前和使用后的材料以消除可能来自电解液的影响。用中子活化分析（NAA）、能量色散X射线（EDX）、俄歇电子谱（AES）和二次离子质谱（SIMS）分析后测到显著数量的Fe、Ag、Cu、Mg和Cr，也发现许多其它元素只是浓度较低。当浓度对原子序数作图时发现有4个区域的浓度较高且在15、30、50和80号元素处出现峰。许多轻元素可能来源于料想中的局部杂质，但多数元素的浓度是如此之高以至于很难用这种原因解释。许多检测到的元素显示出反常的同位素比值并发现在Ni层内部比在表面有较高的浓度，这说明它们不是由溶液中电镀上去的。当关于分析方法的主要问题回答以后，核过程的性质却仍是未解之谜。主要问题有如何产生比Ni重的元素，考虑中的反应物和产物间的中子/质子比如何平衡，为什么测到的能量产生比核转变的量要小很多，当然，首要基本问题仍是这些反应如何发生。

水野忠彦等将Pd在高温高气压下电解，用EDX、AES和SIMS对电极进行了分析。尽管该研究没有上述的彻底，但也发现许多具有异常浓度和同位素比值的相同元素。奇怪的是，用SIMS在Pd金属内测到显著的高于本底的Xe。同时发现¹⁰⁴Pd和¹¹⁰Pd同位素的丰度是深度的函数，且发现在表面与天然丰度偏离最大。尽管由于形成的金属氢化物分子会改变S1MS测量出的同位素比值，或由于电迁移也可能引起同位素分离，但这不能解释所有的情况。

理 论

试图解释CANR的理论远不止百个。其中的绝大多数与实际情况无关或根本没用，只有几个模型对可能过程提供了似乎是重要的或部分的解释，同时许多模型也在年年不断地变化和改进。但问题很多，首先是多数理论在致力于该过程时都不顾这些反应所必须出现的独特环境，另外一点是多数模型仍与该领域内的许多观测结果相矛盾，或仅仅停留在假设层次而得不到该领域外结果的支持。

因为核事件出现在体材料内的许多无规位置上，所以尽管人们已经做了一定的努力但建立理论和观测结果间的定量关系目前还不可能。没有理论解释为什么这些稀少的区域是有活性的或指出它们与一般位置不同的化学特征。现在关于核反应的性质仍然充满了混乱，测到的⁴He是由d-d聚变产生的或来源于不稳定重核的α衰变？多个H（D）核可聚变成重核抑或是反应中有重核参与？为什么有些核反应产生可测的能量而另一些则没有？最终解释实验需要几个理论？

讨 论

对于如何评估这些关于异常效应的报道，我想其主要问题在于将事实从那些虚构的事实中分离出来。对于旁观者而言，在接受如此非传统核反应的证据时尤其如此。读者对使用的技术熟悉吗？读者对这些研究者熟悉吗？这些研究者可信任吗？这些工作被可接受的杂志评审过吗？不幸的是，对于一般的物理学工作者而言，并不熟悉该领域工作的很多人，多数工作也没有发表在权威刊物上。本综述试图就一些做的很好的工作给出足够详尽的描述，这样读者至少可以知道该领域为什么受到越来越多的重视。尽管还不可能作出明确的结论，但有些趋势还是很明显的。可是，许多结果由于给出的细节很少或许多技术并不被很多独立的研究者使用，使得我们不能够对其作出判断。另一方面，也有一些人用传统的成熟的技术做出了好的工作。此外，全世界的各个实验室用各种不同的方法和技术得出了相似的结果，但本综述只能描述其中一小部分。对许多现象及其解释尚未有定论，所以在该领域内任何新的想法都会受到鼓励。

世界范围内应用许多技术的经验表明产生核产物的和产生超热的能力都对化学环境十分敏感，这种环境被认为是反应发生的地方。因为很少有实验用到完全相同的化学环境，这使得结果看起来没有明确的模式且难于重复。尽管实验中的误差和不完善增加了问题的复杂性，但很明显这不是主要原因。接受这些观点对于接受这些报道而言是十分重要的。

很多物理学家对中子感兴趣，但中子产生的水平很低且不与超热相关联，因此，不寻常的能量发射不能有信心地用来相信是核反应。另一方面，我们必须解释实验中确实测到的一些中子。有时观测到稠密的中子发射并常常与化学或物理环境变化相联系，该行为促使人们对断裂形成，即断裂聚变感兴趣，并期望这样的环境在高电压下可产生热聚变，但在测量到中子时并未观测到相应的氚的产量。

可以产生氚但有一定的困难。尽管在超热产生时很少发现氚，但它的产生可能伴随着少数中子发射。此外，电解池中形成阴极表面的枝晶似乎有作用，强的电场和高电压放电也有助于氚形成，尽管此时的电压低于传统理论要求的值。

测到超热后可测到⁴He和一些嬗变产物，它们间的比例依赖于原材料的种类。D产生⁴He而H（至少还包括碱金属）可产生各种嬗变产物。当H和D都存在且有足够的浓度时也可产生3He，一些具有足够浓量并十分接近表面的³He可被当作α粒子检测出来。

更复杂的反应给出一个产物谱看来是可能的。已测出很多Ni或Pd的碎片，其中一些具有异常的同位素比值。偶尔也测到了短寿命的放射性同位素。更大的困难在于判断重核仅来源于多个氢核的聚合还是其它氢核与Pd（Ni）的聚合。对于这些新的报道仍还有争论且它们对任何理论都提出了挑战。特别麻烦的是反应物和产物的中子/质子比的精确值，也缺乏相应的能量产生数据。

利用各种方法都测到偶尔产生的X射线，但发射是随机的，它们既不像韧致辐射也不同于特征X射线。这些辐射和其他人测到的X射线的来源还未确定，但这些结果与研究是自洽的且继续支持开始的结论，即核能量是通过原子晶格弥散的而不是在产生反应的位置上。人们也偶尔测到γ辐射且有时在实验结束后还有可测量的半衰期，但没有观测到有一致的强度或能量的γ辐射。再说一遍，其行为明显依赖于化学环境的性质。

每个人都同意核反应要克服库仑势垒且在普通物质中不能以显著的产率发生，问题仍然是在某些稀少的和不寻常的环境中能否出现。经验表明有些材料具有包容这种产生异常效应的环境的能力。这种选择性不仅证实不是随机误差，也说明存在一个统一的核-电相互作用，虽然在多数情况下它可以被忽略。当形成核活性材料以后，在相同样品中就可能出现宽的核反应谱。这种可能性是如何实现的？如何选择哪个反应将会出现？一个逻辑的可能性涉及到材料的不均匀性即在这些材料中反应发生在某个区域而另外的区域引起不同的反应。这与观测是相一致的，即异常元素占据着某个孤立的区域且常常靠近表面。如果这个结论是对的，我们就面对这样的可能性即当一个具有核活性的材料形成以后很少有变量可严重地影响核反应的类型。理解这些孤立反应区中的反应类型是高水平可预见地重复该现象的基础。这些知识对任何成功的理论而言也是基础性的。

结 论

我赞同任何人跟否定这些结果及其意义作斗争。因为怀疑主义如此地蔓延，一个有扎实基础和受过良好训练的科学家必须付出巨大的努力以回答许多施加于该课题上的问题。许多科学家需要有说服力的证据，这也增加了困难。尽管如此，我提供的这些现在可得到的充足的证据强烈地支持这种报道，即核反应在传统理论不承认的条件下发生了。

人类在努力发现无污染和可再生的新能源，此外，在处理裂变反应堆和核裁军的放射性废物时也遇到了严重的问题，CANR现象可给这两个问题提供一个答案。我认为事实缺乏明确性或缺少细节知识仅仅是暂时的混乱，不能把它作为无视其潜在优势的判据。即使许多报道有着很平凡的解释，势不可挡的证据也表明存在显著的、尚未能预见其用途的异常现象。不管这种用途看起来是多么的遥远，为什么不尝试一下可能性呢？

 [Infinite Energy，1998年第10期]