美国初创公司声称可以使用聚变技术制造黄金

炼金术士的梦想是用普通金属制造黄金，但这能做到吗？

解释如何将一种元素变成另一种元素所需的物理学是众所周知的，并且几十年来一直用于加速器和对撞机，它们将亚原子粒子粉碎在一起。

当今最著名的例子是位于日内瓦的 Cern 的大型强子对撞机。但以这种方式制造黄金的成本广阔，并且产生的数量微乎其微。

例如，Cern 的爱丽丝实验估计它只生产了29 皮克黄金，同时运营超过四年。按照这个速度，需要数百倍于宇宙寿命才能制造出金衡盎司黄金。

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加州初创公司马拉松融合提出了一种非常不同的方法：利用中子粒子的放射性核聚变反应堆来改造一种形式的汞变成另一个，称为 Mercury-197。

然后衰变成稳定的金形式：金 197。这种粒子衰变过程是一个亚原子粒子自发转变为两个或多个较轻的粒子。

Marathon Fusion 的团队估计，一个聚变电源工厂可以生产几吨一年运行中每吉瓦火电的黄金。

用中子轰击同位素汞-198会导致放射性同位素汞-197的产生——随后衰变为金的唯一稳定同位素。

关键是要有足够能量的中子来触发汞衰变序列。如果这可以发挥作用，那么这是一个有趣的想法。但能否赚取可观的利润是另一回事。

为此，需要大中子通量（中子辐射强度的量度）。这可以使用聚变反应堆的标准燃料混合物氘和氚（两者都是氢的形式）产生，以在聚变反应堆的等离子体中产生能量。

中子很容易穿透物质并从原子核（核心）上散射，并在此过程中减慢速度。将汞 198 转化为金需要能量超过 600 万电子伏特的中子。

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为了得出估计，Marathon Fusion 一直在使用聚变反应堆的“数字孪生”——一种模拟聚变反应物理和由此产生的放射性过程的计算机模型。此类工作的一个局限性是数字孪生需要针对真实的商业聚变反应堆进行验证——但目前还不存在。

在科学家实现商业聚变反应堆之前，还有许多挑战需要克服。其中包括为其建造创造新材料，以及了解作系统以持续提取电力所需的科学知识，以及开发有助于保持等离子体聚变反应运行的人工智能系统。

即使是一些最先进的聚变实验，例如英国的 JET（欧洲联合环面）项目，也只能产生相对的少量能量.

然而，英国的研究人员设计了一种新方法，通过改变废气等离子体的控制方式来缩小聚变反应堆的尺寸。这种新型聚变反应堆概念的原型，称为用于能源生产的球形托科马克（步骤），目标是到 2040 年准备就绪。

放射性废物

从纸面上看，可以在聚变反应堆中用汞制造黄金。然而，在商业聚变反应堆实现之前，Marathon Fusion 在其数字孪生研究中使用的假设将尚未得到检验。

此外，聚变反应堆生产的任何黄金最初都是放射性的，这意味着它将被归类为放射性废物– 因此需要在生产后相当长的一段时间内进行管理。

正如核物理学家和粒子物理学家所熟知的那样，在创建实验的数字孪生时，很容易忘记包含重要的物理效应和关键细节。

但是，虽然将这些废物加工成可用的纯金将是一个需要解决的进一步挑战，但它不一定会阻止长期投资者。

目前，这在纸面上仍然是一个有吸引力的提议——但我们距离启动一种新的加州淘金热还有一段路要走。

阿德里安·贝文，物理与化学科学学院物理学教授，伦敦玛丽女王大学

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