5氢氢聚变制备氘

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inf 爱丁顿对陈慕武在《泰晤士报》上宣称自己即将要做的这个实验很感兴趣，迫不及待地就想给他打下手。

他还搬出来了自己的年纪和以往的经历，企图说服陈慕武来同意这件事。

这件事的槽点实在过多，以至于让陈慕武不知道究竟应该从何开始吐起。

爱丁顿确实在1905年从三一学院拿到硕士学位毕业之后，就进入到了卡文迪许实验室里，跟着老汤姆孙做实验。

可能是因为动手能力不强，也可能是因为实验天赋不够，爱丁顿在卡文迪许实验室工作了没多久，就在毕业后的同年离开剑桥大学，进入到伦敦的格林尼治皇家天文台，开始从事天文学的研究，利用他高超的数学计算能力进行相关问题的计算。

满打满算，爱丁顿在卡文迪许实验室里工作的时间，也超不过几个月，他现在说要给陈慕武打下手，让陈代理主任心中是一万个放不下。

和爱丁顿经历类似的，是哥本哈根的那位玻尔教授。

玻尔在1911年，靠着一篇有关于金属电子论的论文，在哥本哈根大学拿到了博士学位，然后他就坐船跨越了北海，漂洋过海来到英国。

玻尔也几乎完全遵循着爱丁顿的步伐，他同样显示进入到了卡文迪许实验室，投入老汤姆孙门下，做了几个月的实验。

然后他就离开了剑桥大学，转投到曼彻斯特维多利亚大学，成为了卢瑟福手下唯一一名理论研究者，为后者做的实验提供各种理论支持，开始了自己的理论物理学研究。

再后来玻尔回国，拿到诺贝物理学奖，在哥本哈根大学创立理论物理研究所，教书育人，开枝散叶，终成哥本哈根学派的掌门人，成为物理学上的一代宗师。

玻尔整个物理学生涯当中，唯一做过实验的时间，就是在卡文迪许实验室待的那几个月。

所以他也就很有自知之明，从来不亲自做实验。

如果实验简单，玻尔就让理论物理研究所的学生到地下室的实验室进行操作。

但在更多的时候，玻尔都是在等世界各地的知名实验室发表实验数据和结果之后，再在他们的基础上进行相应的理论物理研究。

玻尔的这种做法，才是大多数动手能力不强的人的正确做法。

而爱丁顿现在的表现，说好听的话，叫做他对科学真理有着不懈的追求。

说的难听一点儿，那其实就是他有些不自量力。

不过，上述这些话，都是陈慕武在心中吐槽，他并没有当着爱丁顿的面说出来。

毕竟爱丁顿实在是对他帮助了太多太多，陈慕武能来到剑桥大学学习，前两篇论文都能顺利发表，爱丁顿占的功劳最大。

他又曾经十分痛快地允许自己使用剑桥大学天台的望远镜，所以陈慕武才能“发现”隐藏在海王星之外的太阳系第九颗行星。

所以既然爱丁顿表达了如此强烈的想要参与到实验当中的意向，陈慕武肯定不能直接拒绝他。

但是爱丁顿提出来的要帮忙打下手，这件事情还是算了。

虽然说无论是氢，是氘还是反应所生成的氦－3，反应前后的这三种物质都不具备放射性，对人体来说相对安全，可是这并不代表着这个人工核聚变的实验就没有任何危险。

首先是粒子加速器的球形电极处会产生上百万伏特的高电压，必须小心翼翼的穿着经典隔离衣服，做好各种绝缘措施，才能防止人体被静电所击穿。

还有就是不管是氢气还是氘气，都是可燃气体。

在这个环境下要防止明火的出现，同时也要避免有电火花的产生，氢气和氘气燃烧起来是小事，和空气混合之后发生爆炸，才是一件大乐子。

问题的关键是，把陈慕武和爱丁顿炸伤了无所谓，倘若是把那台被当做宝贝一样的粒子加速器给炸坏了，卢瑟福可能真的会和陈慕武拼命。

爱丁顿的热情肯定是不好拒绝，因而陈慕武打定主意，名义上让他在旁边打下手帮帮忙，然而实际上的所有操作必须全由自己一个人来完成，爱丁顿还是远远的站在一旁，当个观众就好。

想到这里，陈慕武笑着对爱丁顿做出了回应“好的，爱丁顿教授，我这就去给英国空气公司打电话，让他们尽快制备出一罐氘气，运送到剑桥大学来。”

卡文迪许实验室能做到楼上楼下有吊灯，可却做不到每一个房间里都安装电话。

陈慕武只能跑到有电话的屋子里，向英国空气公司订购了容积最小的一罐液氘。

液氘的价格不算太贵，卡文迪许实验室也会足额支付全部的价钱，但空气公司那边其实很不愿意做这个工作。

一是制备液氘要求的温度更低，操作起来很麻烦。

二是陈慕武这边所需求的量太少，开一次机器不太划算。

不过就算是不情愿，空气公司也并没有拒绝这一请求。

剑桥大学是全英国最好的高等学府，卡文迪许实验室有了陈慕武之后，又随时都可能在研究中找到新的发现，液氘就是一个最好的例子。

只要和卡文迪许实验室搞好关系，如果将来他们的一些发现恰好与低温物理学有关的话，空气公司说不定也能成功得到授权，把技术层面的发现转变成工业上的应用，进而从中收获好处和利益。

在电话中，英国空气公司向陈慕武保证，一定会尽快液化分离液氘，并且在生产尽快的第一时间，就把罐子送到剑桥大学里来。

这个过程虽然很快，但陈慕武估摸着怎么着也得等上几天的时间。

他向爱丁顿说明了自己的想法，让天文台台长稍安勿躁，回去等候消息。

什么时候英国空气公司把实验所需要的液氘送到以后，自己一定会第一时间去天台找爱丁顿，请他再次去到粒子加速器这里，帮忙进行实验。

只是，爱丁顿似乎对这件事情有着自己的看法。

“陈，我们为什么不能直接在卡文迪许实验室里，自行制备氘气呢？”

听到这个问题，陈慕武觉得又好气又好笑，他刚刚那个电话似乎是白打了。

“教授，说实话，我也想在实验室里制取，只是当初我发现液氘的仪器不在卡文迪许实验室，而是在伦敦皇家研究所里的戴维－法拉第实验室。

“与其折腾一趟，跑到伦敦去再跑回来，就为了制备那么一点点液氘的话，还不如等英国空气公司制好之后把罐装氘气给送过来，两者基本上差不了太多的时间。”

“不不不，”爱丁顿摇了摇头，“陈，我不是这个意思。我是想问，既然我们要做的实验是用被加速过后的氘核去轰击靶子里面的氘，然后获得氮元素。那么为什么不能以此类推，直接用质子轰击质子，不就可以获得氘核了吗？”

好好好，爱丁顿又提出来了一个“好”问题。

他最新发言当中的槽点变得更密集了，陈慕武一时间竟不知道应该从哪里开始下嘴。

爱丁顿以为陈慕武要做的实验是氘轰击氘生成氦－4，这个观点还算情有可原。

因为一开始爱丁顿的想法就是用四个氢聚变成一个氦－4，有了氘之后，不仅会让参与聚变反应的粒子数变少一半，还能帮爱丁顿解决一个之前没有想好的大问题。

那就是四个质子带的是四个正电荷，而生成的氦－4核，只带两个正电荷。

如此一来，四个质子聚变的时候，还要额外再加上两个带负电的电子，必须同时由这六个粒子参与，才能让核反应前后达成电荷平衡。

而两个氘核带两个正电荷，这次不用电子参与反应，就能达到电荷平衡了。

因为现在的物理学家们还不知道微观粒子之间还有强弱两种相互作用，都以为带电的粒子无论排斥还是吸引，都是库仑力的作用。

在爱丁顿的初始理论当中，且不论四个质子和两个电子，这六个运动中的粒子必须同时汇聚在一起才能聚合成一个新粒子的概率有多低。

只说这六个粒子当中既有吸引又有排斥，库仑力会让它们的运动轨道发生偏转从而阻止聚变的发生。

所以在爱丁顿的计算里，必须让粒子们获得足够大的动能，也就是在温度足够高之后，能够突破库仑力的阻碍，让它们最终聚合到一起。

这个足够高的温度，经过计算应该在百亿度。

而对现实中的太阳进行估算，其中心区域的温度只能在四千万度左右，和理论差了好几个数量级。

所以爱丁顿的聚变理论刚一提出来就被其他天文学家们所否定，认为完全是无稽之谈。

爱丁顿听说陈慕武要用氘来进行实验，下意识地就带入到了氘和氘生成氦－4的反应里面。

他认为一下子从六个粒子参与反应，转变成两个粒子参与反应，库仑力带来的排斥效果可能会降低，因而反应所需的温度也很有可能会随之降低。

用氘轰击氘确实能产生核反应，但最后生成的产物不是爱丁顿想象中的氦－4，而是氢－3，也就是氚。

原时空中，卢瑟福和奥利芬特就是用这个反应找到了氢的第二种同位素。

陈慕武觉得如果这次还有额外时间的话，倒是可以装成不知情的样子进行一下尝试，把氚的发现权也收归到自己的名下。

但是爱丁顿在话语最后提出来的，用质子轰击质子，进而产生氘核的这个想法，让陈慕武有些哭笑不得。

用质子轰击质子，两个质子会先聚变成双质子，也就是没有中子存在的氦－2原子核。

然后其中一个质子通过弱相互作用向外发射一个正电子和一个电子中微子，变成中子，让氦－2变成氘－2。

因为一个氘核的质量比两个氢核的质量要大，根据质能方程来看，这个反应是一个吸能反应，所需能量大概在百万电子伏特的数量级。

把质子加速到这个能量，对卡文迪许实验室的粒子加速器来说，并不算困难。

而困难的是生成氦－2原子核后，这个双质子核会有超过9999%的概率在小于一纳秒的时间内衰变回两个质子，并且分开。

氦－2原子核衰变成氘核的概率，低于万分之一。

太阳等恒星当中普遍存在这个反应，那是因为恒星的体量巨大。

而且太阳里面的质子和质子也不是通过高能量结合到一起，而是通过量子隧穿效应突破库仑壁垒，平均反应时间在亿年数量级。

可对于物理学家们来说，想要在实验室中把这个反应重现出来，比大海捞针要困难得多。

只能说爱丁顿的想法是好的，但陈慕武希望他下次不要再想了。

可他又不能和爱丁顿直说，只能找借口把这件事情给搪塞过去。

“教授，不知道您看没看过粒子加速器建成之后，我们实验室发表的相关论文吗？”

爱丁顿摇了摇头“这我还真没有，我只知道你造出来个了不起的大家伙。陈，那些论文中有什么新的发现么？”

“稀松平常，没有什么太了不起的发现。”

陈慕武稍微凡尔赛了一下，那些反应在他一个过来人的眼里，确实也就那样。

可是从零到一，从无到有，本身就是一件了不起的事情。

他把话说得玄之又玄，爱丁顿更加摸不着头脑:“那你还提这几篇论文做什么？”

“教授，我是想说，虽然没做出什么了不起的发现来，但是也多多少少用被加速过的质子去轰击其他靶元素，得到过几种已经存在或者是新发现的原子核。

“但如果仔细实验室发表的那几篇论文，就能得知，这台加速器上从没生成过氘核。

“难道说这是因为实验室里没人做质子轰击氢气的实验吗？

“恰恰相反，是因为有人已经进行过尝试，氢核和氢核之间，至少在这台加速器上不能发生聚变反应，只是两枚形状大小质量都相同的圆球进行了一次碰撞而已。

“不妨让我把话讲得更明白一些，利用粒子加速器不能制备出氘来，我们只能等着英国空气公司那边把液氘送过来，才能进行下一步的实验。”

(本章完)

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