近日，澳大利亚HB11能源公司表示，他们在不需要超高温，也不产生放射性核废料的情况下，使得氢硼核聚变的反应速率比预期水平高出10亿倍。那么，安全无辐射的核聚变技术真的来临了吗？

近日，澳大利亚HB11能源公司表示（HB11是Hydrogen- Boron 11，即氢和硼-11的缩写），他们在不需要超高温，也不产生放射性核废料的情况下，正朝着核聚变能的产生的方向推进。

HB11能源公司脱胎于澳大利亚的新南威尔士大学，他们宣布，已经通过日本、中国和美国获得了一系列专利，以保护其独特的聚变能源生产方法。该公司的负责人表示，他们规避了半个多世纪以来一直困扰阻碍核聚变能源发展的所有科学挑战，使得氢硼聚变的反应速率比预期水平高出10亿倍。^[1]

核聚变是理论上清洁、安全的人类能源需求解决方案，人们对此期待已久。太阳之所以能够产生巨大的能量，并持续为地球上的生命提供能源，依靠的正是在其自身引力束缚下的高温高密度中心的热核聚变。

我们通常熟悉的威力巨大的原子弹，以及世界各地运行的大量核电站，利用的都是原子核裂变这一物理现象。核裂变是通过中子轰击重的原子核（例如通常用到的铀的一种同位素铀-235），使之******成若干质量较小的其它原子核，从而释放出巨大的能量。核聚变的过程则是让质量较轻的原子核，比如氢的同位素氘（由一个质子加一个中子组成）和氚（由一个质子加两个中子组成），在持续极端的高温高压条件下结合：

相比于强大却有可能在意外事故中造成惊人破坏的核裂变过程，核聚变不仅很有可能可以提供可靠、安全、低成本的绿色能源，而且不甚可能会引发核反应堆熔毁，从而导致放射性物质外泄的事故。

然而，通常比较容易启动的核聚变反应，如上面的氘氚（D-T）聚变过程，往往会产生大量中子，这些不带电荷的中子会带走聚变过程中释放的大部分能量，并且会因为穿透力很强的中子辐射而产生一系列相关问题。因此，人们同时也集中精力研究所谓的无中子聚变（Aneutronic fusion）。无中子聚变过程中释放的能量绝大部分由带电粒子（如α粒子、质子等）所携带，而不是通常电中性的中子。这样不仅可以避免穿透力很强的中子辐射的问题，而且相比于电中性的粒子，带电粒子更容易直接转化为电能。不过相比于氘氚聚变，无中子聚变得以实现的条件要严苛得多。

几种核反应截面较大的无中子聚变反应。无中子聚变反应的产物是α粒子（即氦核）和质子这样的带电粒子，而不是电中性的中子。^[2]

要启动聚变反应，首先需要有足够的能量来克服作为燃料的同样带正电荷的原子核之间的库伦斥力，这个过程也被称为“点火”。而要让反应持续进行，则需要聚变反应的速率足够高，能够将温度维持在高于点火温度的水平。这里的反应速率正比于核反应截面，即入射粒子和靶原子核之间发生反应的概率。

相比于氘氚聚变，无中子反应中作为燃料的原子核通常原子序数更高，即携带的电荷量更大，因此它们之间的库伦斥力也更强，两个原子核极难接近，相应的点火温度就更高。下面列出了几种无中子聚变反应的点火温度，可以发现，与氘氚聚变相比，几种无中子聚变的点火温度要高出数倍，而它们的反应截面却要小得多。^[2]

在几种主要的无中子聚变反应中，氦-3在地球上的自然含量非常少，以氘和锂作为燃料的核聚变反应本身虽然不产生中子，但次级反应往往会产生一定量的中子，而对于氢硼聚变反应，只要能够将氢原子核的能量控制在3 MeV以下，反应过程中就不会产生中子。^[3]因此，氢硼聚变成了许多研究关注的焦点，HB11能源公司专注研发的正是这一反应机制的相关技术。

目前一系列正在推进中的大项目，包括马克斯·普朗克等离子体物理研究所建造的实验性仿星器*受控核聚变装置Wendelstein 7-X，使用托克马克磁约束系统的国际（涉及35个国家）热核聚变实验堆（ITER）项目，大多是利用氘氚聚变机制，通常需要达到1500万摄氏度这样的高温。我们知道，太阳表面的温度也才只有大约5500摄氏度，只有在太阳的核心部分，温度才能达到1500万摄氏度。

面对如此极端的高温条件，HB11能源公司试图另辟蹊径。一方面，他们彻底放弃使用像氚这样稀少、具有放射性且难以处理的核燃料，转而使用来源充沛的氢和硼-11元素；另一方面，他们利用一些最为先进又极为特殊和非常精准的激光技术来点燃核聚变反应，希望能够避免对不可思议的高温条件的依赖。

氢硼核聚变实验的装置是一个几近中空的金属球，中心放置着一个HB11燃料球，在不同侧为两束激光留出了小孔。其中一束激光为等离子体建立约束磁场，另一束激光触发“雪崩式”聚变链式反应。

这里用到的尖端激光技术依赖于获得了2018年诺贝尔物理学奖的“啁啾脉冲放大”技术，这一技术可以产生飞秒（10^-15 s）量级的激光脉冲，能极大地提高激光的功率。^[4]通过在皮秒（10^-12 s）的时间间隔内使用功率高达10¹⁶瓦的激光脉冲，等离子体燃料可以被加速到10⁷ m/s，与此同时却不会被加热。^[3]

氢硼聚变反应会生成大量的α粒子，也就是裸露的氦核，反应产物中没有电子。每个α粒子携带两个单位的正电荷，这些粒子高速运动会产生巨大的电流，几乎可以直接导入现有的电网，而不需要热交换器或蒸汽涡轮机等。^[5]