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核聚变助力“点汞成金”,千年梦想有望照进现实

2026-02-13

         在元素周期表中,黄金(Au)是79号元素,汞(Hg)是80号元素,二者仅相差一个质子。这意味着,从理论上讲,只要能从汞原子核中去除一个质子,就能将汞转化为黄金。这一看似简单的原理,承载着人类千年的“炼金”梦想,却在过去一直难以实现。

         此前,人们普遍认为,实现汞到黄金的转化需要复杂的技术和高昂的成本,而最终产出的黄金量极少,投入与产出严重失衡,因此不具备现实可行性。直到近日,一篇发表在预印本服务器(arXiv)上的新研究,为这一千年梦想带来了新的曙光——利用核聚变反应堆,有望批量生产黄金。

         这项研究的核心的是巧妙利用氘-氚聚变反应释放的高能中子。氘-氚聚变是目前人类最有可能实现的可控核聚变形式,氘和氚作为氢的同位素,聚变时会结合成氦-4原子核,同时释放大量能量和高能中子。而核聚变反应堆要持续运行,需自主增殖稀缺的氚,因此其托卡马克环形装置内壁会安装“增殖毯”。

         “增殖毯”由氚增殖材料(主要是锂)和中子倍增材料(如铍、铅)组成,前者吸收中子生成氚,后者倍增中子提升增殖效率。研究人员的创新的之处,就是将自然丰度约10%的稳定汞同位素——汞-198,掺入“增殖毯”中,借助聚变产生的高能中子实现汞向黄金的转化。

         转化过程分为三步:第一步是中子捕获,高能中子撞击并被汞-198原子核捕获;第二步是核素转变,通过“(n,2n)”吸能反应,汞-198捕获中子后处于激发态,释放两个中子后转变为不稳定的汞-197,这一步因氘-氚聚变的高能中子可顺利触发,理论上完全可行;第三步是自发衰变,汞-197通过电子俘获衰变,核内一个质子与电子结合变为中子,质子数降至79,最终转化为唯一稳定的黄金同位素——金-197,其半衰期仅约64小时。

         据计算机模拟,一个输出功率为1吉瓦的核聚变反应堆,每年理论上可生产约2吨黄金,其批量生产潜力令人瞩目。不过研究人员也明确表示,目前该方法仍处于理论推演和计算机模拟阶段,尚未在真实聚变反应堆中获得实验验证,理论能否落地还需大量后续工作。

         这项研究不仅为“点汞成金”提供了新路径,更有望提升核聚变反应堆的经济性。或许在不远的未来,随着可控核聚变技术的成熟,人类千年的炼金梦想将真正照进现实。

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